modulhandbuch ba physik - uni-due.de · e1 2 57 42 58 23 180 für studierende, die den mit dem...

Modulhandbuch

für das

Bachelor-Programm Physik

an der

Universität Duisburg-Essen

15. September 2014

Modulhandbuch BA Physik

2

Einleitung/Studienplan .........................................................................................................3

Kompetenzbereich Experimentelle Physik ...................................................................7

Experimentalphysik 1 .......................................................................................................8

Experimentalphysik 2 ..................................................................................................... 12




Praktikum für Fortgeschrittene ..................................................................................... 30

Kompetenzbereich Methodische Grundlagen ............................................................ 33

Mathematik für Physiker 1 ............................................................................................. 34




Physikalische Vertiefung ............................................................................................... 42

Kompetenzbereich Theoretische Physik ................................................................... 52

Theoretische Physik 1 .................................................................................................... 53





Kompetenzbereich Ergänzung ................................................................................... 70

Schlüsselqualifikationen - E1 ........................................................................................ 71

Allgemeinbildende Grundlagen: Chemie ...................................................................... 75

Allgemeinbildende Grundlagen: Informatik .................................................................. 80

Allgemeinbildende Grundlagen: Mathematik ............................................................... 88

Allgemeinbildende Grundlagen: Wirtschaftswissenschaften ................................... 105

Allgemeinbildende Grundlagen: Elektronik ................................................................ 107

Allgemeinbildende Grundlagen: Nanocharakterisierung .......................................... 112

Studium Liberale - E3 ................................................................................................... 117

Bachelor-Arbeit ................................................................................................................ 118

Bachelor-Arbeit ............................................................................................................ 119

Legende ............................................................................................................................ 121

Studienplan: Module und Veranstaltungen .................................................................... 122


3

Einleitung/Studienplan Das dreijährige Bachelor-Programm Physik an der Universität Duisburg-Essen bietet eine anspruchsvolle, breitgefächerte Grundlagenausbildung. Sie ebnet sowohl den Weg in das Berufsleben als auch für ein forschungsorientiertes Weiterstudium in verschiedenen Master-Programmen, insbesondere dem zweijährigen Master-Programm Physik der Universität Duisburg-Essen. Die Fakultät bietet überdies im dritten Studienjahr zahlreiche Möglichkeiten, als studentische Hilfskraft berufsrelevante Erfahrungen bzw. Einblicke in aktuelle Forschungsgebiete zu gewinnen. Studienziele: Die Absolventen des Bachelor-Programms verfügen mit ihren Kenntnissen und Fähigkeiten über eine Qualifizierung auf solider naturwissenschaftlich-mathematischer Grundlage, über die in der Berufsausübung benötigten Schlüsselqualifikationen und über eine hohe Flexibilität als Basis für die weitere Qualifizierung und Spezialisierung; sie sind prinzipiell zur Aufnahme eines entsprechenden Masterstudiums geeignet. Im Einzelnen bedeutet dies: • Sie haben ein solides physikalisches Wissen erworben, das sie zu einem prinzipiellen

physikalischen Problemverständnis befähigt. In der Regel wird dies allerdings noch kein tiefer gehendes Verständnis aktueller Forschungsgebiete ermöglichen.

• Sie verfügen über fundierte Kenntnisse in den physikalischen Kernfächern (Klassische Physik mit Mechanik, Elektrodynamik, Thermodynamik, Optik sowie Grundlagen der Quanten-, Atom- und Molekül-, Kern- und Elementarteilchen- und Festkörperphysik) einschließlich der zugehörigen mathematischen Methoden. Sie haben in der Regel auch überblicksmäßige Kenntnisse in ausgewählten anderen naturwissenschaftlichen und technischen Disziplinen erworben.

• Sie haben ihr Wissen exemplarisch auf auf physikalische Aufgabenstellungen angewandt und teilweise vertieft und haben damit einen Grundstein für eine Problemlösungskompetenz erworben.

• Sie haben grundlegende Prinzipien der Physik, deren inneren Zusammenhang und deren mathematische Formulierung weitgehend verstanden und sich darauf aufbauende Methoden angeeignet, die zur theoretischen Analyse, Modellierung und Simulation einschlägiger Prozesse geeignet sind.

• Sie kennen wichtige, in der Physik eingesetzte mathematische Methoden und können diese zur Lösung physikalischer Probleme einsetzen.

• Sie sind mit den Grundprinzipien des Experimentierens vertraut, können moderne physikalische Messmethoden einsetzen und sind in der Lage, die Aussagekraft der Resultate richtig einzuschätzen.

• Sie sind somit in der Lage, physikalische und teilweise auch fachübergreifende Probleme, die zielorientiertes und logisch fundiertes Herangehen erfordern, auf der Basis wissenschaftlicher Erkenntnisse selbständig einzuordnen und durch Einsatz naturwissenschaftlicher und mathematischer Methoden zu analysieren bzw. zu lösen.

• Sie sind befähigt, ihr Wissen auf unterschiedlichen Gebieten einzusetzen und in ihrer beruflichen Tätigkeit verantwortlich zu handeln. Dabei können sie auch neue Tendenzen auf ihrem Fachgebiet erkennen und deren Methodik – gegebenenfalls nach entsprechender Qualifizierung - in ihre weitere Arbeit einbeziehen.

• Sie können das im Bachelorstudium erworbene Wissen ständig eigenverantwortlich ergänzen und vertiefen; sie sind mit entsprechenden Lernstrategien vertraut (lebenslanges Lernen) und prinzipiell zu einem weiterführenden Masterstudium befähigt.

• Sie haben in ihrem Studium Erfahrungen mit überfachlichen Qualifikationen (z. B. Zeitmanage¬ment, Lern- und Arbeitstechniken, Kooperationsbereitschaft, Teamfähigkeit, Kommunikations¬fähigkeit, Regeln guter wissenschaftlicher Praxis) erhalten und sind befähigt, diese Fähigkeiten weiter auszubauen.

• Sie haben Kommunikationstechniken erlernt und sind mit Grundelementen der englischen Fachsprache vertraut.


4

• Sie sind dazu befähigt, eine geeignete wissenschaftliche Aufgabenstellung zu lösen und ihre Ergebnisse im mündlichen Vortrag und schriftlich (demonstriert in der Bachelor-Arbeit) zu präsentieren.

Studienplan: Das Bachelor-Programm Physik (Bachelor of Science in Physik (B.Sc.)) gliedert sich in vier Kompetenzbereiche. Während die Kompetenzbereiche Experimentelle Physik, Methodische Grundlagen und Theoretische Physik Module (siehe weiter unten) beinhalten, die für alle Studierenden verpflichtend sind, können die Studierenden im Ergänzungsbereich und in der Bachelor-Arbeit in begrenztem Umfang nach eigener Wahl Schwerpunkte setzen. Die Inhalte aller Kompetenzbereiche werden ständig dem aktuellen wissenschaftlichen Kenntnisstand angepasst, um den Studierenden die bestmögliche Ausbildung in modernen Konzepten der Physik und in Schlüsselqualifikationen zu bieten. Entsprechend hoch ist der von den Studierenden erwartete zeitliche Aufwand für das Studium. Er drückt sich in den veranschlagten ECTS-Credits (Cr) aus: Ein Cr entspricht etwa 30 Zeit-stunden, die für Lehrveranstaltungen an der Universität Duisburg-Essen und für die Nach-arbeit zu Hause aufgewandt werden sollen. Der Umfang der Lehrveranstaltungen an der Universität wird bei den meisten Modulen in Semesterwochenstunden (SWS) angegeben und beträgt im Mittel 25 SWS pro Semester. Das Bachelor-Programm Physik umfasst 180 Cr. Der zeitliche Aufwand für das Studium beträgt also durchschnittlich 900 Stunden pro Semester. Umgerechnet auf die 15 Wochen der Vorlesungszeit sind das 60 Stunden pro Woche. Das reduziert sich auf 40 bis 50 Stunden, weil einige Veranstaltungen wie Praktika, Klausuren oder auch Projekte sowie ein Teil des Selbststudiums in die vorlesungsfreie Zeit fallen. Zur bestmöglichen Nutzung der Wahlmöglichkeiten wird den Studierenden dringend empfohlen, gleich zu Beginn des Studiums (und natürlich auch während des Studiums) Beratungsgespräche zu führen. Sowohl die „hauptamtliche“ Studienberatung des Fachbereichs als auch alle Hochschullehrerinnen und Hochschullehrer stehen dafür als Mentoren zur Verfügung. Im Ergänzungsbereich (E1 – E3) erwerben die Studierenden neben fachlichen Kenntnissen in anderen Fachdisziplinen auch gewisse Schlüsselqualifikationen (soft skills), insbesondere die Fähigkeiten, physikalische Inhalte professionell unter Verwendung modernster Medientechnik zu präsentieren und in einer Diskussion zu vertreten. Die Universität bietet den Studierenden auch die Möglichkeit, ihre Englischkenntnisse auszubauen und zu vervollkommnen. Gute Englischkenntnisse sind von grundlegender Bedeutung sowohl für das Studium der Physik, insbesondere für das konsekutive Master-Programm, als auch für die spätere Berufstätigkeit. Die Kompetenzbereiche sind modular aufgebaut. Die meisten Module umfassen Lehrveran-staltungen, die sich aufeinander beziehen (z. B. eine Vorlesung und eine Übung oder zwei Vorlesungen (mit Übung oder Seminar)), die alle belegt werden müssen. Es gibt aber auch Module (z. B. Modul Vertiefungsfach Physik oder Modul Grundlagen der Informatik), die mehrere Lehrveranstaltungen beinhalten, aus denen die Studierenden wählen können. Erläuterungen zu den Wahlmöglichkeiten findet man in der Prüfungsordnung. Dabei muss eine gewisse vorgeschriebene Anzahl von ECTS-Credits erreicht werden. Das Studium schließt mit der 12-wöchigen Bachelor-Arbeit ab. Die Arbeit wird von einer Hochschullehrerin, einem Hochschullehrer, einer Privatdozentin oder einem Privatdozenten individuell betreut. Im Rahmen der Möglichkeiten des Fachbereichs können die Studierenden ihre Betreuerin oder ihren Betreuer und somit ein Spezialgebiet für ihre Arbeit frei wählen.


5

Dieses Modulhandbuch ist ebenfalls nach Kompetenzbereichen gegliedert. Jedem Kompetenzbereich sind bestimmte Module zugeordnet. Jedem Modul ist eine Modulbeschreibung beigefügt. In dieser Beschreibung findet man Angaben zu den Zielen des Moduls, zu Art und Umfang sowie zu den Inhalten der darin enthaltenen Lehrveranstaltungen, empfohlene Literatur und - nicht zuletzt - Angaben zu den Modalitäten der geforderten Prüfungen und Studienleistungen. Details zur jeweils geforderten Prüfungsleistung sowie zu etwaigen als "Prüfungsvorleistung" geforderten Studienleistungen findet man in der jeweiligen Modulbeschreibung sowie in der Beschreibung der einzelnen zu einem Modul gehörenden Lehrveranstaltungen. In einigen Fällen enthält die Beschreibung der Prüfungsmodalitäten mehrere Alternativen zur Prüfungsform (z. B. schriftliche oder mündliche Prüfung), Prüfungsdauer (z.B. 45 - 60 Minuten) oder zu den Kriterien zur Erfüllung einer Prüfungsvorleistung (z.B. erfolgreiche Teilnahme an den Übungen). In diesen Fällen werden die Prüfungsmodalitäten vom jeweiligen Dozenten zu Beginn der Veranstaltung (z. B. in der ersten Vorlesungsstunde) zusammen mit den jeweiligen Prüfungsterminen für alle Teilnehmer verbindlich festgelegt. Fragen bezüglich der Inhalte der Module sind an die in den Beschreibungen genannten Modulverantwortlichen oder an den Dozenten bzw. die Dozentin der aktuellen Lehrveranstaltung zu richten. Den Aufbau des Studiums „auf einen Blick“ veranschaulicht der folgende Studienplan.

Sem

este

r

Experimentelle Physik

Methodische Grundlagen

Theoretische Physik

Ergänzungsbereich

Σ C

r

Modul Cr Modul Cr Modul Cr Modul Cr

1 Experimentalphysik 1 9 Mathematik

für Physiker 1 9

Theoretische Physik 1

8

Schlüsselqualifikationen - E1

2

60

Allgemeinbildende Grundlagen

(6-12 Cr) .

Studium Liberale - E3 (6-12 Cr)

2


für Physiker 2 9


9 3


für Physiker 3 9


10 2

60


für Physiker 4 9


10 2

5 Experimentalphysik 5 9

Physikalische Vertiefung

4 Theoretische

Physik 5 9 5

60 Praktikum für

Fortgeschrittene

3

6 9 2

5

Bachelor-Arbeit 12 Schlüsselqualifikationen - E1

2

57 42 58 23 180

Für Studierende, die den mit dem "normalen" Studienplan verbundenen Zeitaufwand nicht leisten können oder wollen, bietet die Fakultät für Physik ein Teilzeitstudium an, bei dem dieselben Lehrveranstaltungen wie im regulären Bachelorstudiengang auf eine Regelstudienzeit von 9 anstelle 6 Semestern verteilt werden. Als Beispiel für die zeitliche Einteilung im Teilzeitstudium dient der folgende Studienplan


6

S

emes

ter

Experimentelle Physik

Methodische Grundlagen

Theoretische Physik

Ergänzungsbereich

Σ C

r

Modul Cr Modul Cr Modul Cr Modul Cr


für Physiker 1 9

Schlüsselqualifikationen -

E1 2

40


für Physiker 2 9

Allgemeinbildende Grundlagen

(6-12 Cr) .

Studium Liberale - E3 (6-12 Cr)

2

3

Mathematik für Physiker 3

9 Theoretische

Physik 1 8 3

40

4

Mathematik für Physiker 4

9 Theoretische

Physik 2 9 2



10 1

40



10 1



9 2

40

8 Praktikum für Fortgeschrittene

10 Physikalische Vertiefung

4

6

9 2 2

Schlüsselqualifikationen - E1

4 20 Bachelor-Arbeit 12

57 42 58 23 180

Die Fakultät für Physik ist ständig bemüht, die inhaltlichen und die organisatorischen Aspekte des Studiums weiter zu verbessern und behält sich Änderungen vor. Es empfiehlt sich, jeweils nach der neuesten Version im Internetauftritt der Fakultät zu schauen.


7

Kompetenzbereich Experimentelle Physik


8

Modulname Modulcode

Experimentalphysik 1 PHYSIK-B1-EP1

Modulverantwortliche/ Fachbereich

Studiendekan der Fakultät für Physik Physik

Zuordnung zum Studiengang Modulniveau (Ba/Ma)

Physik Ba

Vorgesehenes Studiensemester

Dauer des Moduls Modultyp (P/WP/W) Credits

1 15 Wochen P 9

Voraussetzungen laut Prüfungsordnung Empfohlene Voraussetzungen

Keine Vorkurs Mathematik / Physik

Zugehörige Lehrveranstaltungen:

Nr. Veranstaltungsname Belegungstyp SWS Aufwand Credits

I Grundlagen der Physik 1 (Mechanik, Strömungslehre)

P 6 180 h 6

II Grundlagenpraktikum 1 P 3 90 h 3

Summe (Pflicht und Wahlpflicht) 9 180 h 9

Lernergebnisse / Kompetenzen

Die Studierenden haben grundlegende Prinzipien der klassichen Mechanik weitgehend verstanden. Sie können ihr Wissen exemplarisch auf physikalische Aufgabenstellungen aus diesem Bereich anwenden und haben damit einen Grundstein für Problemlösungskompetenz erworben. Sie können die Konzepte anhand eigener, in Kleingruppen durchgeführter Experimente nachvollziehen und haben dabei auch Erfahrungen mit überfachlichen Qualifikationen (z.B. Zeitmanagement, Lern- und Arbeitsmethoden, Teamfähigkeit, Kommunikation und Kooperationsbereitschaft) erhalten.

davon Schlüsselqualifikationen

Zeitmanagementtechniken, Lernstrategien, Kommunikations- und Vermittlungstechniken, Teamfähigkeit, Kooperationsbereitschaft.

Prüfungsleistungen im Modul

Klausur in I (benotet, Klausurnote ist die Modulnote), ), 6 Versuchstestate in II (unbenotet)..

Stellenwert der Modulnote in der Gesamtnote

Die bessere der Noten für die Module PHYSIK-B1-EP1 und PHYSIK-B2-EP2 geht mit dem Gewicht 18 Cr in die Gesamtnote ein.


9

Modulname Modulcode


Veranstaltungsname Veranstaltungscode

Grundlagen der Physik 1 (Mechanik, Strömungslehre)

PHYSIK-B1-EP1-V

Lehrende/r Lehreinheit Belegungstyp (P/WP/W)

Dozenten der Physik Physik P


Angebotshäufigkeit Sprache Gruppengröße

1 WS Deutsch V: 90 / Üb: 20

SWS Präsenzstudium Selbststudium Aufwand Credits

6 90 h 90 h 180 h 6 Cr

Lehrform

Vorlesung (V: 4 SWS) und Übung (Üb: 2 SWS)


Die Studierenden können grundlegende Konzepte der klassischen Mechanik und der Strömungslehre nachvollziehen, kennen die wesentlichen Experimente dazu, können deren Resultate korrekt beurteilen, einfache Probleme aus dem Bereich mathematisch erfassen und selbstständig lösen.

Inhalte

Einführung Arbeitsmethode der Physik, physikalische Größen, Maßsystem, vektorielle Größen, Darstellung physikalischer Zusammenhänge

Mechanik des Massenpunktes Massenpunkt und Bahnkurve, geradlinige Bewegung, Geschwindigkeit und Beschleunigung, Kreisbewegung, allgemeine krummlinige Bewegung, die Newtonschen Axiome, Kraft und Masse, Anwendung der Newtonschen Bewegungsgleichung, der schiefe Wurf, Kraft und Linearimpuls, allgemeine Formulierung der Newtonschen Bewegungsgleichung, Drehmoment und Drehimpuls, Arbeit und Leistung, kinetische und potentielle Energie, Energieerhaltung, Gravitationsgesetz, Gravitationskraft und potentielle Energie, Planetenbahnen, beschleunigte Bezugssysteme

Massenpunktsysteme Newtonsche Bewegungsgleichung, Erhaltungssätze, Wechselwirkungen mit kurzer Reichweite, Stoßgesetze


10

Starrer Körper Starrer Körper als System von Massenpunkten, Statik des starren Körpers, Dynamik des starren Körpers, Rotation um feste Achse, Berechnung von Trägheitsmomenten, Beispiele für Drehbewegungen um eine feste Achse, Arbeit, Leistung und kinetische Energie bei Drehbewegungen um eine feste Achse, Drehimpulserhaltung bei raumfester Achse, Rotation um freie Achsen, Kreisel

Mechanische Schwingungen Harmonische Schwingungen, gedämpfte harmonische Schwingungen, erzwungene harmonische Schwingungen, Resonanz, Überlagerung harmonischer Schwingungen, gekoppelte harmonische Schwingungen, Molekülschwingungen als Beispiel anharmonischer Schwingungen

Reale feste und flüssige Körper Deformation fester und flüssiger Körper, Kompressibilität, Schweredruck, Auftrieb, Flüssigkeitsgrenzflächen, stationäre Strömung idealer Flüssigkeiten, Druckmessung in Strömungen, Anwendungen der Bernoullischen Gleichungen, stationäre Strömungen realer Flüssigkeiten, turbulente Strömungen

Prüfungsleistung

Klausur (Dauer: 120 Minuten) (benotet)

Literatur

• Paul A. Tipler: Physik

• R.A. Serway: Physics

• Alonso, Finn: Physik

• R.P. Feynmann, R.B. Leighton, and M. Sands; The Feynmann Lectures on Physics

• Gerthsen, Kneser, Vogel: Physik,

• Demtröder, Experimentalphysik I

• Scobel, Lindström, Langkau: Physik kompakt 1

• Simonyi: Kulturgeschichte der Physik

• Cushing: Philosophical Concepts in Physics

Weitere Informationen zur Veranstaltung

Prüfungsvorleistung: Aktive und erfolgreiche Teilnahme an den Übungen. Kriterium für erfolgreiche Teilnahme wird vom Dozenten zu Beginn der Lehrveranstaltung festgelegt.


11

Modulname Modulcode



Grundlagenpraktikum 1 PHYSIK-B1-EP1-P


Farle, Meckenstock Physik P



1 WS Deutsch 15 Gruppen mit je 2 Studierenden


3 45 h 45 h 90 h 3 Cr

Lehrform

Pr


Die Studierenden sind mit den Grundprinzipien des Experimentierens vertraut, können moderne naturwissenschaftliche Messmethoden einsetzen und sind in der Lage, die Aussagekraft der Resultate richtig einzuschätzen.

Inhalte

Durchführung, Auswertung und Protokollierung von 6 Experimenten aus dem Bereich der Mechanik und Strömungslehre. Die möglichen Versuchsthemen werden im Praktikumsbereich durch Aushang bekannt gegeben und bei der Gruppeneinteilung zu Anfang des Praktikums festgelegt.

Prüfungsleistung

Das (unbenotete) Testat für einen Versuch wird aufgrund folgender Studienleistungen erteilt: 1. schriftliche Vorbereitung, 2. Mündliche Eingangsbefragung (Antestat), 3. erfolgreiche Versuchsdurchführung, 4. Anfertigung eines schriftlichen, testierten Versuchsprotokolls.

Voraussetzung für die Versuchsdurchführung ist der Nachweis ausreichender Vorbereitung im Antestat.

Es werden insgesamt 6 Versuchstestate gefordert.

Literatur

• Walcher: „Praktikum der Physik“

• Eichler, Kronfeld, Sahm: „Das neue Physikalische Grundpraktikum“

• Bergmann-Schäfer: „Experimentalphysik“



12

Das Praktikum findet als Blockveranstaltung in der vorlesungsfreien Zeit statt. 1 Weitere Informationen werden durch Aushang bekannt gegeben. Voraussetzung für die Teilnahme am Praktikum ist die Teilnahme an der Sicherheitsbelehrung.


Physik Ba



2 15 Wochen P 9


Keine PHYSIK-B1-GP1



I Grundlagen der Physik 2 (Wärmelehre, Elektrodynamik)

P 6 180 h 6




Die Studierenden haben grundlegende Prinzipien der Wärmelehre und der klassichen Elektrodynamik weitgehend verstanden. Sie können ihr Wissen exemplarisch auf physikalische Aufgabenstellungen aus diesem Bereich anwenden und haben damit einen Grundstein für Problemlösungskompetenz erworben. Sie können die Konzepte anhand eigener, in Kleingruppen durchgeführter Experimente nachvollziehen und haben dabei auch Erfahrungen mit überfachlichen Qualifikationen (z.B. Zeitmanagement, Lern- und Arbeitsmethoden, Teamfähigkeit, Kommunikation und Kooperationsbereitschaft) erhalten.


Zeitmanagementtechniken, Lernstrategien, Kommunikations- und Vermittlungstechniken, Teamfähigkeit, Kooperationsbereitschaft.


1 Studierende mit Ergänzungsfach Chemie können das Praktikum aufgrund des Überlapps mit dem Chemiepraktikum alternativ in der Vorlesungszeit des 2. Fachsemesters (gemeinsam mit Energy Science) belegen.

Modulname Modulcode





13

Klausur in I (benotet, Klausurnote ist die Modulnote), 6 Versuchstestate in II (unbenotet)..




14

Modulname Modulcode



Grundlagen der Physik 2 (Wärmelehre, Elektrodynamik)

PHYSIK-B2-EP2- V





2 SS Deutsch V: 90 / Üb: 20


6 90 h 90 h 180 h 6 Cr

Lehrform



Die Studierenden können grundlegende Konzepte der Wärmelehre, Elektro- und Magnetostatik nachvollziehen, kennen die wesentlichen Experimente dazu, können deren Resultate korrekt beurteilen, einfache Probleme aus dem Bereich mathematisch erfassen und selbständig lösen.

Inhalte

Wärmelehre Vorbemerkungen und Begriffserläuterungen, Stoffmenge und Teilchenzahl, Temperatur und Thermometer, Temperaturskalen, thermische Ausdehnung fester und flüssiger Körper und von Gasen, Zustandsgleichung idealer Gase, Grundzüge der kinetischen Gastheorie, Druck, Temperatur und kinetische Energie, innere Energie idealer Gase, Wärme, Wärmemenge und Wärmekapazität, Kalorimetrie, Barometrische Höhenformel und Boltzmann-Verteilung, Maxwell-Boltzmansche Geschwindigkeitsverteilung

Der I. Hauptsatz der Wärmelehre Zustandsänderungen am idealen Gas, Reversible und irreversible Zustandsänderungen, spezielle Kreisprozesse, Wärmepumpe und Kältemaschine

Der II. Hauptsatz der Wärmelehre Die Entropie, Entropieänderungen am idealen Gas, Entropieänderung bei irreversiblen Prozessen, Aggregatzustände und Phasen, Koexistenz von Flüssigkeit und Dampf, Koexistenz von Festkörpern und Flüssigkeit oder Gas, Zustandsgleichung realer Gase, Gasverflüssigung: Joule-Thomson-Effekt

Transportphänomene Molekulardiffusion, Wärmeleitung, Viskosität


15

Elektrizitätslehre Elektrostatik Elektrische Ladung, Coulomb Gesetz, elektrisches Feld, Elementarladung, Feldstärke und Potential Leiter im elektrischen Feld, elektrischer Fluss, Dielektrika

Elektrischer Strom Ladungstransport und Ohm’sches Gesetz, mikroskopische Deutung, Temperaturabhängigkeit, Joulesche Wärme, Kontinuitätsgleichung, Kirchhoffsche Regeln, Auf- und Entladung von Kondensatoren, Messen von Strömen

Statische Magnetfelder Grundlegende Experimente, magnetische Kraftwirkung auf elektrische Ladungen, Quellen des magnetischen Feldes, magnetische Induktion

Zeitlich veränderliche Felder Faraday’sches Induktionsgesetz, Verschiebungsstrom, Maxwellsche Gleichungen, Lenzsche Regel, Induktivität, Energie des magnetischen Feldes

Wechselstromkreise Wechselstrom, Wechselstromkreis mit komplexen Widerständen, komplexe Widerstände, lineare Netzwerke, elektromagnetischer Schwingkreis, Gleichrichtung

Materie im magnetischen Feld Magnetische Suszeptibilität, Dia-, Para-, Ferromagnetismus

Prüfungsleistung


Literatur

Siehe Literatur zu Experimentalphysik I und Folgebände • Bergmann-Schäfer "Experimentalphysik




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Modulname Modulcode








2 SS Deutsch 15 Gruppen je 2


3 45 h 45 h 90 h 3 Cr

Lehrform

Pr



Inhalte

Durchführung, Auswertung und Protokollierung von 6 Experimenten aus dem Bereich der Wärmelehre, Elektro- und Magnetostatik, Elektrodynamik. Die möglichen Versuchsthemen werden im Praktikumsbereich durch Aushang bekannt gegeben und bei der Gruppeneinteilung zu Anfang des Praktikums festgelegt.

Prüfungsleistung



Es werden insgesamt 6 Versuchstestate gefordert.

Literatur


• Eichler, Kronfeld, Sahm: „Das neue Physikalische Grundpraktikum“



Das Praktikum findet als Blockveranstaltung in der vorlesungsfreien Zeit statt. Weitere Informationen werden durch Aushang bekannt gegeben. Voraussetzung für die Teilnahme am Praktikum ist die Teilnahme an der Sicherheitsbelehrung.


17

Modulname Modulcode





Physik Ba



3 15 Wochen P 9


Keine PHYSIK-B2-EP2



I Grundlagen der Physik 3 (El.-magn. Wellen, Optik, Lichtquanten, Materiewellen)

P 6 180 h 6




Die Studierenden haben grundlegende Prinzipien der Physik der Licht- und Materiewellen und der Optik weitgehend verstanden. Sie können ihr Wissen exemplarisch auf physikalische Aufgabenstellungen aus diesem Bereich anwenden und haben damit einen Grundstein für Problemlösungskompetenz erworben. Sie können die Konzepte anhand eigener, in Kleingruppen durchgeführter Experimente nachvollziehen und haben dabei auch Erfahrungen mit überfachlichen Qualifikationen (z.B. Zeitmanagement, Lern- und Arbeitsmethoden, Teamfähigkeit, Kommunikation und Kooperationsbereitschaft) erhalten.


Zeitmanagementtechniken, Lernstrategien, Kommunikations- und Vermittlungstechniken.


Klausur in I (benotet, Note ist die Modulnote), 6 Versuchstestate in II (unbenotet);




18

Modulname Modulcode



Grundlagen der Physik 3 (El.-magn. Wellen, Optik, Lichtwellen, Materiewellen)

PHYSIK-B3-EP3-V


Dozenten der Experimentalphysik Physik P





6 90 h 90 h 180 h 6 Cr

Lehrform



Die Studierenden können grundlegende Konzepte elektromagnetischer Wellen, der Optik, Lichtwellen und Materiewellen nachvollziehen, kennen die wesentlichen Experimente dazu, können deren Resultate korrekt beurteilen, einfache Probleme aus dem Bereich mathematisch erfassen und selbstständig lösen.

Inhalte

Harmonische Wellen im Raum

Grundlagen und Definition, das Huygensches’sche Prinzip der Wellenausbreitung, Reflexion und Brechung, Beugung am Spalt, Beugung an einer Kreisblende, Interferenz: Überlagerung zweier Kugelwellen, mehrere ebener Wellen, Beugung am Gitter, Babinetsches Theorem, Beugung und Fourier-Transformation, Wellenausbreitung in dispersiven Medien.

Elektromagnetische Wellen Existenz und grundsätzliche Eigenschaften, Energietransport durch elektromagnetische Wellen, Reflexion und Transmission elektromagnetischer Wellen, Elektromagnetische Wellen in homogenen, isotropen, neutralen und leitenden Substanzen, Wechselwirkung elektromagnetischer Wellen mit Metallen, Übertragung von Signalen durch Kabel, Doppler-Effekt und Aberration bei elektromagnetischen Wellen, Entstehung elektromagnetischer Wellen

Optik Geometrische Optik, Interferenzerscheinungen, Einfluss der Beugung auf das Auflösungsvermögen abbildender optischer Instrumente, Polarisierungserscheinungen

Quantennatur elektromagnetischer Strahlung Strahlung des Schwarzen Körper, spezifische Wärme fester Substanzen, Wechselwirkung elektromagnetischer Strahlung mit Materie: Fotoeffekt, Compton-Effekt, Paareffekt, Photon

Wellennatur der Teilchenstrahlung Hypothese von de Broglie, Experimente zum Nachweis von Materiewellen, Darstellung von Materiewellen, Wellenpakete


19

Prüfungsleistung


Literatur

Siehe Literatur zu PHYSIK-B1-EP1 und Folgebände.




20

Modulname Modulcode








3 WS Deutsch 15 Gruppen je 2


3 45 h 45 h 90 h 3 Cr

Lehrform

Pr



Inhalte

Durchführung, Auswertung und Protokollierung von 6 Experimenten aus dem Bereich der Optik, Lichtquanten, Materiewellen. Die möglichen Versuchsthemen werden im Praktikumsbereich durch Aushang bekannt gegeben und bei der Gruppeneinteilung zu Anfang des Praktikums festgelegt.

Prüfungsleistung



Es werden insgesamt 6 Versuchstestate gefordert..

Literatur


• Eichler, Kronfeld, Sahm: „Das neue Physikalische Grund-praktikum“



Das Praktikum findet als Blockveranstaltung in der vorlesungsfreien Zeit statt. Weitere Informationen werden durch Aushang bekannt gegeben. Voraussetzung für die Teilnahme am Praktikum ist die Teilnahme an der Sicherheitsbelehrung..


21

Modulname Modulcode





Physik Ba



4 15 Wochen P 9


Keine PHYSIK-B3-EP3



I Grundlagen der Physik 4 (Atom- und Molekülphysik, Quantenphänomene)

P 6 180 h 6




Die Studierenden haben grundlegende Prinzipien der Quanten-, Atom- und Molekülphysik weitgehend verstanden. Sie können ihr Wissen exemplarisch auf physikalische Aufgabenstellungen aus diesem Bereich anwenden und haben damit einen Grundstein für Problemlösungskompetenz erworben. Sie können die Konzepte anhand eigener, in Kleingruppen durchgeführter Experimente nachvollziehen und haben dabei auch Erfahrungen mit überfachlichen Qualifikationen (z.B. Zeitmanagement, Lern- und Arbeitsmethoden, Teamfähigkeit, Kommunikation und Kooperationsbereitschaft) erhalten.




Mündliche Prüfung in I (benotet, Note ist die Modulnote); 6 Versuchstestate in II (unbenotet);.


Die bessere der Noten für die Module PHYSIK -B3-EP3 und PHYSIK -B4-EP4 geht mit dem Gewicht 18 Cr in die Gesamtnote ein.


22

Modulname Modulcode



Grundlagen der Physik 4 (Atom- und Molekülphysik, Quantenphänomene)

PHYSIK-B4-EP4-V







6 90 h 90 h 180 h 6 Cr

Lehrform



Die Studierenden können grundlegende Konzepte der Atom- und Molekülphysik, sowie der Quantenphänomene nachvollziehen, kennen die wesentlichen Experimente dazu, können deren Resultate korrekt beurteilen, einfache Probleme aus dem Bereich mathematisch erfassen und selbstständig lösen.

Inhalte

Grenzen der klassischen Physik Atomarer Aufbau der Materie Atom- und Elektronen-Hypothese, experimentelle Methoden zur Bestimmung der Loschmidt-Zahl und Elementarladung

Atomspektren und Atommodelle Atomare Linienspektren, ältere Atommodelle (Historischer Rückblick), Bohrsches Atommodel, Thomas-Fermi-Modell.

Welle-Teilchen-Dualismus und Unschärferelation Welle-Teilchen-Dualismus, Unschärferelation, Beispiel zur Energie-Zeit-Unschärfe.

Heisenbergsche Unschärferelation und Ehrenfest-Theorem als Konsequenz der Axiome Heisenbergsche Unschärferelation, Ehrenfest-Theorem.

Wellenfunktion Wiederholung und Zusammenfassung, Erläuterung des Begriffs Wahrscheinlichkeit, Wellenfunktion zur Beschreibung eines quantenmechanischen Zustandes, allgemeiner Fall.


23

Lösung der Schrödinger-Gleichung in einfachen Beispielen Streuung freier Teilchen an einer Potentialstufe, Tunneleffekt durcheine Potentialbarriere, Kastenpotential, gebundene Zustände, eindimensionaler harmonischer Oszillator, gebundene und ungebundene Zustände, Allgemeines. Das Wasserstoff-Atom, Ein-Elektron-Systeme Aufstellung und Lösung der Schrödinger-Gleichung, Wellenfunktionen des Ein-Elektron-Systems, Emission /Absorption elektromagnetischer Strahlung, Auswahlregeln für Dipolstrahlung, Termschema

Magnetisches Dipolmoment von Bahndrehimpuls und Eigendrehimpuls des Elektrons Bahndrehimpuls und magnetisches Moment, Zeemann-Effekt, Spin und magnetisches Moment des Elektrons, Stern-Gerlach-Experiment und Einstein-de Haas-Effekt, Spin-Bahn-Wechselwirkung, Feinstruktur

Mehr-Elektronen-Atome Modell unabhängiger Teilchen,Zentralfeld-Nährung, Abschirmung des Kernpotentials durch die Elektronenhülle, Elektronen als ununterscheidbare Teilchen, antisymmetrische und symmetrische Wellenfunktion, Austausch-Wechselwirkung, Berücksichtigung des Elektronenspins, Ortswellenfunktion, Spinwellenfunktion und Gesamtwellenfunktion, Antisymmetrie der Gesamtwellenfunktion, Elektronen als Fermionen, Niveauschema des He-Atoms, Pauli-Prinzip, Grundzustände der Viel-Elektronen-Atome, periodisches System der Elemente.

Molekülphysik Chemische Bindung, LCAO-Methode, bindende und anti-bindende Zustände, elektronische Struktur, Born-Oppenheimer-Näherung, Rotations- und Schwingungsübergänge, optische Spektroskopie (qualitativ)

Prüfungsleistung

Mündliche Prüfung (Dauer: 45 Minuten) (benotet)

Literatur

Siehe Literatur zu PHYSIK-B1-EP1 und Folgebände.




24

Modulname Modulcode








4 SS Deutsch 15 Gruppen je 2


3 45 h 45 h 90 h 3 Cr

Lehrform

Pr


Die Studierenden sind mit den Grundprinzipien des Experimentierens vertraut, können physikalische Messmethoden einsetzen und sind in der Lage, die Aussagekraft der Resultate richtig einzuschätzen.

Inhalte

Durchführung, Auswertung und Protokollierung von 6 Experimenten aus dem Bereich der Quantenphänomene sowie Atom- und Festkörperphysik. Die möglichen Versuchsthemen werden im Praktikumsbereich durch Aushang bekannt gegeben und bei der Gruppeneinteilung zu Anfang des Praktikums festgelegt.

Prüfungsleistung



Es werden insgesamt 6 Versuchstestate gefordert..

Literatur


• Eichler, Kronfeld, Sahm: „Das neue Physikalische Grund-praktikum“



Das Praktikum findet als Blockveranstaltung in der vorlesungsfreien Zeit statt. Weitere Informationen werden durch Aushang bekannt gegeben. Voraussetzung für die Teilnahme am Praktikum ist die Teilnahme an der Sicherheitsbelehrung..


25

Modulname Modulcode





Physik Ba



5 15 Wochen P 9


PHYSIK-B3-EP3



I Einführung in die Festkörperphysik P 6 180 h 6

II Einführung in die Kern- und Elementarteilchenphysik

P 3 90 h 3



Die Studierenden sind fähig, die Grundkonzepte der Physik anhand experimenteller Beispiele einzuordnen, physikalische Begriffsbildung, Argumentation und Sprache korrekt zu verwenden und die Entwicklung von physikalischen Konzepten im historischen Kontext nachzuvollziehen. Sie verfügen über fundierte Kenntnisse in den physikalischen Kernfächern Festkörperphysik und Kern- und Elementarteilchenphysik und sind in der Lage, ausgewählte Probleme aus diesen Gebieten auf einem höheren Abstraktionsniveau zu verstehen und zu analysieren. Sie haben dabei Erfahrungen mit überfachlichen Qualifikationen (Zeitmanagement, Lern- und Arbeitstechniken, Kooperationsbereitschaft Teamfähigkeit) erhalten und Kommunikationstechniken erlernt.




mündliche Prüfung über die Inhalte von I und II, deren Note die Modulnote ist.


Die bessere der Noten für die Module PHYSIK-B5-EP5 und PHYSIK-B5-TH5 geht mit dem Gewicht 18 Cr in die Gesamtnote ein.


26

Modulname Modulcode



Einführung in die Festkörperphysik PHYSIK-B5-EP5-FKP







6 90 h 90 h 180 h 6 Cr

Lehrform



Die Studierenden kennen die physikalischen Begriffe und Konzepte zur Behandlung des Vielteilchensystems „Festkörper“ und können diese in typischen Fällen anwenden. Sie haben verstanden, wie die mikroskopischen Eigenschaften bezüglich der geometrischen Struktur, des Schwingungsverhaltens und der elektronischen Struktur das makroskopische Verhalten des Festkörpers bedingen. Sie kennen die wesentlichen Experimente zu diesem Thema und können deren Resultate korrekt beurteilen, einfache Probleme aus dem Bereich mathematisch erfassen und selbstständig lösen.

Inhalte

Atomare Struktur von Festkörpern Festkörper als Kontinuum, kristalline Festkörper, Bravais-Gitter, Millersche Indizes, Kristallfehler, Grundbegriffe: quasikristalline und amorphe Festkörper

Experimentelle Strukturbestimmungen Direkt abbildende Methoden, reziprokes Gitter, Beugung von Wellen am Kristall, Brillouin-Zonen, Gitter- und Strukturfaktoren, Atomformfaktoren, Röntgendiffraktometrie, Ewald-Kugel, Debye-Waller-Faktor

Chemische Bindungen in Kristallen Kovalente und Ionen-Kristalle, Metallische Bindung und dichte Kugelpackungen, Atomradien, van-der Waals-Bindung

Gitterschwingungen/Phononen Harmonische und adiabatische Näherung, Modell der linearen Kette mit ein- und zweiatomiger Basis, Periodische Randbedingungen, Dispersion akustischer und optischer Gitterschwingungen, Phononische Bandstruktur, Quantisierung elastischer Wellen, Impuls der Phononen


27

Thermische Eigenschaften des elastischen Gitters Phononische Zustandsdichten, Debye- und Einstein-Modell des Gitteranteils der Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit, Anharmonische Effekte

Das Fermigas freier Elektronen Sommerfeld-Modell des freien Elektronengases, Temperaturabhängigkeiten der Fermi-Dirac-Verteilung und der Fermi-Energie, Wärmekapazität des Elektronengases, elektrische und thermische Leitfähigkeit, Elektron-Phonon-Wechselwirkung

Energiebänder Modell des nahezu freien Elektrons im kristallinen Festkörper, Bloch-Theorem, Energielücken, Bandstrukturen, Experimentelle Methoden zur Bestimmung der Bandstruktur

Fermiflächen und Metalle Konstruktion von Fermiflächen, Freies Elektronengas im Magnetfeld, Ausmessen von Fermiflächen

Halbleiterkristalle Totale Bandlücke, Eigenleitung und Störstellenleitung, Löcherkonzept, Ladungsträgerkonzentration bei Eigen- und Störstellenleitung

Grundbegriffe der magnetischen Eigenschaften Magnetisierbarkeit, Dia-, Para- und Ferromagnetismus, Hysterese, Austauschwechselwirkung

Grundbegriffe der dielektrischen und optischen Eigenschaften Dielektrische Funktion eines Festkörpers, Brechung und Extinktion, elektronische Abschirmung, Ferroelektrizität

Prüfungsleistung

Mündliche Prüfung (Dauer: 15 - 60 Minuten) (benotet) gemeinsam mit PHYSIK-B5-EP5-KET.

Literatur

• Ch. Kittel: Einführung in die Festkörperphysik

• R. Gross, A. Marx, Festkörperphysik

• N.W. Ashcroft, D.N. Mermin, Festkörperphysik




28

Modulname Modulcode



Einführung in die Kern- und Elementarteilchenphysik

PHYSIK-B5-EP5-KET







3 45 h 45 h 90 h 3 Cr

Lehrform



Die Studierenden kennen die physikalischen Begriffe und die grundlegenden Konzepte der Kernphysik. Sie kennen und verstehen die wesentlichen Experimente zu diesem Thema und können deren Resultate korrekt analysieren, einordnen und beurteilen.

Inhalte

Historisches, Radioaktivität (natürliche Radioaktivität, α-, β-, γ-Strahlung, K-Einfang, Zerfallsreihen)

Globale Eigenschaften von Kernen und Nukleonen (Massen, Größen, Bindungsenergie, Stabilität)

Kernmodelle (Fermigas, Tröpfchenmodell, Schalenmodell)

Hadronen und Quarkmodell (Baryonen, Mesonen, Resonanzen, Quarkfamilien)

Teilchen / Antiteilchen Austauschteilchen (Photonen, Gluonen, W± Bosonen, Z0 Boson)

Starke Wechselwirkung (Confinement, Farbladungen)


29

schwache / elektro-schwache Wechselwirkung (Paritätsverletzung, V-A, Mischungswinkel)

Leptonen, (e, µ, τ, Neutrinos, Massen, Oszillationen)

Streuprozesse (Beschleunigerexperimente, Feynman-Diagramme,

Wirkungsquerschnitte (Rutherford, Mott, ...))

Symmetrien und Erhaltungssätze (Leptonenzahl, Baryonenzahl, elektr. Ladung, Isospin, Parität, ...)

Standardmodell (fundamentale Teilchen, Wechselwirkungen, Austauschteilchen, Higgs-Boson)

Prüfungsleistung

Mündliche Prüfung (Dauer: 15 - 60 Minuten) (benotet) gemeinsam mit PHYSIK-B5-EP5-FKP.

Literatur

• Povh, Rith, Scholz, Zetsche: Teilchen und Kerne

• Henley, Garcia: Subatomic Physics

• Demtröder: Experimentalphysik IV

• Mayer-Kuckuck: Kernphysik

• Machner, Einführung in die Kern- und Elementarteilchenphysik

• Bleck-Neuhaus: Elementare Teilchen




30

Modulname Modulcode

Praktikum für Fortgeschrittene PHYSIK-B5-FP

Modulverantwortliche/r Fachbereich



Physik Ba



5 und 6 30 Wochen P 12


Keine



I Seminar zum Fortgeschrittenenpraktikum P 2 60 3

II Fortgeschrittenenpraktikum P 82 240 9

Summe (Pflicht und Wahlpflicht) 7 300 12


Die Studierendensind mit den Grundprinzipien des wissenschaftlichen Experimentierens vertraut, können moderne naturwissenschaftliche Messmethoden einsetzen und sind in der Lage, die Aussagekraft der Resultate richtig einzuschätzen. Sie haben Techniken zur Planung, Präparation, Durchführung und Dokumentation komplexer wissenschaftlicher Experimente erlernt und können die Ergebnisse einem physikalisch vorgebildeten Publikum präsentieren. Sie sind vertraut mit den fortschrittlichen experimentellen und computergestützten wissenschaftlichen Werkzeugen, die sie für ihre Bachelor-Arbeit benötigen.


Die Studierenden können ein Projektvorhaben ausarbeiten und präsentieren.


9 Versuchstestate (unbenotet); 1 Vortrag im Seminar


2 9 Versuchstage á 8h Präsenzzeit


31

Modulname Modulcode



Seminar zum Fortgeschrittenenpraktikum PHYSIK-B5-FP-S


Lorke, Wiedwald Physik P



5 WS Deutsch


2 30 h 30 h 60 h 2 Cr

Lehrform

Se


Die Studierenden haben Kommunikations- und Präsentationstechniken erlernt und sind fähig, Thema, Planung, Präparation, Durchführung und Ergebnisse eines komplexen physikalischen Experiments unter Einhaltung von Zeitvorgaben einem physikalisch vorgebildeten Publikum vorzustellen.

Inhalte

Versuche aus dem angebotenen Kanon des Fortgeschrittenenpraktikums.

Prüfungsleistung

Eigener Vortrag im Seminar

Literatur


Modulname Modulcode



32


Fortgeschrittenenpraktikum PHYSIK-B5-FP-P


Lorke, Wiedwald Physik P



6 WS + SS Deutsch


8 120 h 120 h 240 h 9 Cr

Lehrform

Pr


Die Studierenden erwerben vertieftes Verständnis der Grundlagen aus verschiedenen Spezialgebieten der Experimentalphysik unter Erweiterung ihrer praktischen experimentellen Fertigkeiten durch weitgehend selbstständiges Arbeiten an speziellen Versuchsaufbauten. Sie erwerben Erfahrung in der Anwendung moderner Messverfahren und bauen die im Grundlagenpraktikum erworbene Fähigkeit zur Anwendung erworbener physikalischer Kenntnisse zur Gewinnung, Auswertung und Interpretation von Messdaten weiter aus.

Inhalte

Fortgeschrittene Versuche aus unterschiedlichen Gebieten der Experimentalphysik. Die genauen Versuchsthemen werden im Praktikumsbereich durch Aushang sowie im Internet bekannt gegeben.

Prüfungsleistung

Das (unbenotete) Testat für einen Versuch wird aufgrund folgender Studienleistungen erteilt 1. Thematische Einarbeitung 2. Mündliche Eingangsbefragung (Antestat)

3. erfolgreiche Versuchsdurchführung, 4. Korrekte Darstellung des Versuchsthemas, der Durchführung und der Ergebnisse in

Form eines schriftlichen, testierten Berichts. Voraussetzung für die Durchführung des Versuchs ist der Nachweis ausreichender Vorbereitung im Antestat.cxEs werden insgesamt 9 Versuchstestate gefordert.

Literatur

Versuchsanleitungen, spezielle Buchartikel und Veröffentlichungen zu den jeweiligen Versuchen (werden in Form eines Semesterapparats zur Verfügung gestellt).



33

Kompetenzbereich Methodische Grundlagen


34

Modulname Modulcode

Mathematik für Physiker 1 PHYSIK-B1-MP1


Studiendekan der Fakultät für Mathematik Mathematik


Physik Ba



1 15 Wochen P 9





I Mathematik für Physiker 1 P 6 270 h 9



Die Studierenden kennen wichtige, in der Physik eingesetzte mathematische Methoden und erwerben damit die Fähigkeit, diese zur Lösung physikalischer Probleme einzusetzen. Sie lernen in den Übungen, das erworbene Wissen exemplarisch zur Lösung mathematischer Aufgabenstellungen anzuwenden und ihre Lösungen in der Diskussion zu verteidigen.




Klausur (benotet), Klausurnote ist die Modulnote.


Die bessere der Noten für die Module PHYSIK-B1-MP1 und PHYSIK-B2-MP2 geht mit dem Gewicht 18 Cr in die Gesamtnote ein.


35

Modulname Modulcode



Mathematik für Physiker 1 PHYSIK-B1-MP1-V


Dozenten der Mathematik Mathematik P





6 90 h 180 h 270 h 9 Cr

Lehrform



Die Studierenden erwerben Grundkenntnisse der Mathematik und gewinnen einen Einblick in deren Anwendung in der Physik. Sie wenden in den Übungen das erworbene Wissen exemplarisch auf mathematische Aufgabenstellungen an und lernen, ihre Lösungen im Vortrag darzustellen und in der Diskussion zu verteidigen.

Inhalte

Reelle und komplexe Zahlen: Folgen und Reihen (geometrische Reihe und Exponential-Reihe), Konvergenz Differential und Integral-Rechnung in einer Dimension: Funktionen, Stetigkeit und Differenzierbarkeit, elementare Funktionen, Taylor-Reihe, eigentliche und uneigentliche Integrale, einfache gewöhnliche Differentialgleichungen Grundlagen der linearen Algebra: Vektoren und Matrizen, lineare Gleichungs-Systeme, lineare Abbildungen und Koordinaten-Transformationen, Basis des Vektorraums, Skalarprodukt, Kreuzprodukt, Determinante

Prüfungsleistung

Klausur (Dauer: 45 - 120 Minuten).

Literatur

Wird in der Vorlesung bekannt gegeben




36

Modulname Modulcode





Physik Ba



2 15 Wochen P 9
















37

Modulname Modulcode










6 90 h 180 h 270 h 9 Cr

Lehrform




Inhalte

Erweiterte Grundlagen der linearen Algebra: Eigenwerte und Eigenvektoren, Matrix-Diagonalisierung, orthogonale, unitäre, symmetrische und selbst-adjungierte Matrizen Differential und Integral-Rechnung im Rd: partielle Ableitungen und Mehrfach-Integrale, Taylor-Reihe im Rd, Gradient, Rotation, Divergenz und Laplace-Operator, Linien-, Flächen- und Volumen-Integrale, Transformations-Satz (Jacobi), Integral-Sätze (Green, Gauss, Stokes), eindimensionale Variationsrechnung Krummlinige Koordinatentransformationen: Gradient, Rotation, Divergenz und Laplace-Operator in orthogonalen Koordinaten, inverse Abbildung

Prüfungsleistung


Literatur





38

Modulname Modulcode





Physik Ba



3 15 Wochen P 9
















39

Modulname Modulcode










6 90 h 180 h 270 h 9 Cr

Lehrform




Inhalte

Funktionentheorie: holomorphe Funktionen, Satz von Cauchy, Residuensatz, Laurent-Reihen Normierter Raum Lp und Hilbert-Raum L2: Vollständige Orthonormalsysteme (vollständige Funktionen-Systeme), punktweise und gleichmässige Konvergenz, Fourier-Reihe und Fourier-Tranformation, Umkehrungs-Satz, Faltungs-Satz Grundlagen partieller Differentialgleichungen: Separations-Ansätze für partielle Differentialgleichungen, Wellen-Gleichung, Laplace-Gleichung, Wärmeleitungs-Gleichung, Grundlösung, Randwert-Probleme, Spiegel-Ladung Optional: Kontrahierende Abbildungen und Banachscher Fixpunktsatz, Systeme gewöhnlicher Differentialgleichungen

Prüfungsleistung


Literatur





40

Modulname Modulcode





Physik Ba



1 15 Wochen P 9












Mündliche Prüfung (benotet), Note ist die Modulnote.




41

Modulname Modulcode










6 90 h 180 h 270 h 9 Cr

Lehrform




Inhalte

Erweiterte Grundlagen partieller Differentialgleichungen: Distributionen, Faltung, Grundlösungs-Verfahren, Systeme partieller Differentialgleichungen, beschränkte, kompakte und unbeschränkte (lineare) Operatoren Spezielle Funktionen und Sturm-Liouville-Probleme: Gamma-Funktion, Kugel-Funktionen, Zylinder-Funktionen, etc.

Prüfungsleistung

Mündliche Prüfung (Dauer: 45 Minuten).

Literatur





42

Modulname Modulcode

Physikalische Vertiefung PHYSIK-B5-PV




Physik Ba



5 - 6 15 Wochen WP 6


Keine



I Moderne Messmethoden der Physik WP 5 120 4

II Computersimulation WP 5 120 4

Summe (Pflicht und Wahlpflicht) 5 150 4


Nr. Veranstaltungsname Belegungstyp

SWS Aufwand Credits

III Grundlagen der Optik WP 2 60 h 2

IV Grundlagen der Oberflächenphysik WP 2 60 h 2

V Grundlagen des Magnetismus WP 2 60 h 2

VI Grundlagen der Halbleiterphysik WP 2 60 h 2

VII Grundlagen der Plasmaphysik WP 2 60 h 2

VIII Grundlagen der Astrophysik WP 2 60 h 2



Die Studierenden haben grundlegende Prinzipien der Physik weitgehend verstanden und sich darauf aufbauende Methoden angeeignet, die zur experimentellen Untersuchung sowie zur theoretischen Analyse, Modellierung und Simulation einschlägiger Prozesse geeignet sind.



43


Studienleistung (unbenotet) in PHYSIK-B5-PV-MM oder PHYSIK-B5-PV-CS sowie in einer der Veranstaltungen PHYSIK-B5-PV-GX



44

Modulname Modulcode



Moderne Messmethoden der Physik PHYSIK-B5-PV-MM


Dozenten der Experimentellen Physik Physik WP



5 WS Deutsch V: 90 / Pr: 20


5 75 h 45 h 120 h 4 Cr

Lehrform

Vorlesung (V: 3 SWS) und Praktikum (Pr: 2 SWS)


Die Studierenden kennen die gebräuchlichsten experimentellen Methoden zur Charakterisierung physikalischer Phänomene und können sie korrekt anwenden.

Inhalte

Optische, magnetische und elektronische Spektroskopie mit Neutronen, Elektronen, Photonen und Atomen auf verschiedenen Energieskalen, Röntgenstrukturaufklärung, Chemische Analyse, Elektronenmikroskopie, Magnetometrie.

Prüfungsleistung

Studienleistung:: Aktive und erfolgreiche Teilnahme (unbenotet).

Literatur

Wird im Kurs angegeben.


Kriterium für erfolgreiche Teilnahme wird vom Dozenten zu Beginn der Veranstaltung festgelegt


45

Modulname Modulcode



Computersimulation PHYSIK-B5-PV-CS


Dozenten der Theoretischen Physik Physik WP



5 WS Deutsch V: 90 / Pr: 20


5 75 h 45 h 120 h 4 Cr

Lehrform

Vorlesung (V: 2 SWS) und ein Computer-Praktikum (3 SWS)


Die Studierenden verwenden fortschrittliche Methoden zur Simulation klassischer Vielteilchensysteme.

Inhalte

Molekulardynamik-Simulationen: Algorithmen, Einstellung von Temperatur und Druck, Korrelationsfunktionen. Monte-Carlo-Simulationen: Zufallszahlengeneratoren, kinetische MC-Simulation, Importance Sampling, Skalierung endlicher Größen, Parallelisierung.

Prüfungsleistung

Studienleistung: Aktive und erfolgreiche Teilnahme am Computerpraktikum (unbenotet)

Literatur

• D. P. Landau, K. Binder: A Guide to Monte Carlo Simulations in Statistical Physics

• M. P. Allen, D. J. Tildesley: Computer Simulation of Liquids

• K. H. Hoffmann, M. Schreiber: Computational Physics

• D. Frenkel, B. Smith: Understanding Molecular Simulations

• D. C. Rapaport: The Art of Molecular Dynamics

• W. H. Press, et al.: Numerical Recipes: The Art of Scientific Computing


Kriterium für erfolgreiche Teilnahme: ca. 50% der Punkte im Computerpraktikum (wird vom Dozenten zu Beginn der Veranstaltung festgelegt)


46

Modulname Modulcode



Grundlagen der Optik PHYSIK-B6-PV-GOpt


Bovensiepen, Kleinefeld, Sokolowski-Tinten, Tarasevitch Physik WP



5 WS Deutsch 15


2 30 h 30 h 60 h 2 Cr

Lehrform

Vorlesung (V: 2 SWS)


Erwerb grundlegender Kenntnisse in der Optik

Inhalte

Historische Rolle und aktuelle Bedeutung der Optik in Wissenschaft und Technik, Reflexion und Brechung, Optische Eigenschaften der Materie, Geometrisch-optische Abbildung und Strahlenoptik, Mathematische Beschreibung von Wellen, Interferenz und Beugung, Fourier-Optik, Polarisation und Doppelbrechung, Ausblick auf moderne Gebiete der Optik: Opto-Elektronik, Photonik, Nano-Optik.

Prüfungsleistung

Studienleistung: Aktive Teilnahme an der Vorlesung.(unbenotet)

Literatur

• E. Hecht, A. Zajac: Optik

• M. Born, E. Wolf: Principles of Optics


Kriterium für aktive Teilnahme wird vom Dozenten zu Beginn der Veranstaltung festgelegt


47

Modulname Modulcode



Grundlagen der Oberflächenphysik PHYSIK-B6-PV-GOfl


Horn-von Hoegen, Mergel, Möller, Nienhaus, Schleberger, Schneider, Wende, Wucher

Physik WP



5 WS Deutsch 15


2 30 h 30 h 60 h 2 Cr

Lehrform



Erwerb grundlegender Kenntnisse in der Oberflächenphysik

Inhalte

Historische Einführung, atomare, elektronische und vibronische Struktur von Oberflächen, Mechanismen der Strukturbildung: Rekonstruktion und Relaxation, Herstellung reiner Oberflächen, Oberflächenzustände und elementare Anregungen, optische Eigenschaften, Phasenübergänge, Austrittsarbeit und Emissionsprozesse, Wechselwirkung mit Teilchen, chemische Reaktionen, Adsorption, Wachstum, Katalyse, Halbleiteroberflächen, Experimentelle Methoden.

Prüfungsleistung


Literatur

• Desjonqueres, Spanjaard: Concepts in Surface Physics

• Henzler, Göpel: Oberflächenphysik des Festkörpers

• Lüth: Surfaces and Interfaces of Solids

• Somorjai: Introduction to Surface Chemistry and Catalysis

• Zangwill: Physics at Surfaces




48

Modulname Modulcode



Grundlagen des Magnetismus PHYSIK-B6-PV-GMag


Farle, Mergel, Nienhaus, Schneider, Schleberger, Wende Physik WP



5 WS Deutsch 15


2 30 h 30 h 60 h 2 Cr

Lehrform



Erwerb grundlegender Kenntnisse des Magnetismus

Inhalte

Atomarer Magnetismus: Spin, magn. Moment, Diamagnetismus, Paramagnetismus, magnetische Ordnung im Festkörper, magnetische Anisotropie, magnetische Strukturen, Magnetodynamik, magnetische Anregungen, magnetische Kopplungsphänomene, Spinelektronik, Darstellung von Anwendungsbeispielen, Ausblick Nanomagnetismus: Nanopartikel, ultradünne Filme und magnetische Moleküle.

Prüfungsleistung


Literatur

• Ch. Kittel, Einführung in die Festkörperphysik (Oldenbourg Verlag München Wien)

• H. C. Siegmann, J. Stöhr; Magnetism: From Fundamentals to Nanoscale Dynamics (Springer Verlag)

• R. C. O´Handley, Modern Magnetic Materials: Principles and Applications (John Wiley & Sons)

• W. Nolting, Quantentheorie des Magnetismus 1 und 2 (Teubner Studienbücher Physik)

• H. Lueken, Magnetochemie (Teubner Studienbücher Physik)

• B. Heinrich, J.A.C. Bland, Ultrathin Magnetic Structures I-IV (Springer Verlag)

• H. Kronmüller und S. Parkin, Handbook of Magnetism and Advanced Magnetic Materials (Wiley & Sons)




49



5 WS Deutsch 15


2 30 h 30 h 60 h 2 Cr

Lehrform



Erwerb grundlegender Kenntnisse in de Halbleiterphysik.r

Inhalte

Historische Bedeutung und Entwicklung von Halbleitermaterialien; Technologie der Halbleitermaterialien; festkörperphysikalische Grundlagen, elementare und Verbindungs-Halbleiter; Dotierung und Ladungsträgerstatistik; Ladungstransport in Halbleitern; Hall-Effekt; Magnetotransport; Anwendungen: Dioden, Transistoren, MOSFET

Prüfungsleistung


Literatur

• K. Seeger, Semiconductor Physics

• M. Grundmann, Semiconductor Physics

• P.Y. Yu, M. Cardona, Fundamentals of Semiconductors

• O. Madelung, Grundlagen der Halbleiterphysik



Modulname Modulcode



Grundlagen der Halbleiterphysik PHYSIK-B6-PV-GHalb


Horn-von Hoegen, Lorke, Mergel, Nienhaus Physik WP


50

Modulname Modulcode



Grundlagen der Plasmaphysik PHYSIK-B6-PV-GPla


Brezinsek, Wucher Physik WP



5 WS Deutsch 15


2 30 h 30 h 60 h 2 Cr

Lehrform



Erwerb grundlegender Kenntnisse der Plasmaphysik

Inhalte

Einführung: Vorkommen von Plasmen in Natur und Technik, Grundlegende Plasmacharakteristika – Kenngrößen und Zustandsgrenzen, Einteilchenbewegung in elektromagnetischen Feldern, Stoßprozesse in Plasmen, Flüssigkeitsbeschreibung von Plasmen: Magneto- Hydrodynamik, Wellenausbreitung in Plasmen, Anwendung der Plasmaphysik: Magnetischer Einschluss von Hochtemperaturplasmen zur kontrollierten Kernfusion, Experimentelle Methoden: Plasmadiagnostik.

Prüfungsleistung

Studienleistung: Aktive Teilnahme an der Vorlesung.(unbenotet).

Literatur

• Goldston, Robert J. and Rutherford, Paul H.: Introduction to plasma physics / Bristol: Inst. of Physics Publ., 1995

• Michael Kaufmann, Plasmaphysik und Fusionsforschung, Teubner 2003




51

Modulname Modulcode



Grundlagen der Astrophysik PHYSIK-B6-PV-GAstro


Kelling, Wurm Physik WP



5 WS Deutsch 15


2 30 h 30 h 60 h 2 Cr

Lehrform



Erwerb grundlegender Kenntnisse der Astrophysik.

Inhalte

Beobachtungstechniken (Teleskope, Messgrößen (Astrometrie, elektromagnetische Strahlung)), Himmelsmechanik, Sternentstehung, Aufbau und Entwicklung (massearme, massereiche Sterne, Riesensterne, Schwarze Löcher, ...), Sonne, Hertzsprung-Russell Diagramm, Planetensysteme (Entstehung, Entwicklung, Besonderheiten, Sonnensystem, extrasolare Planeten, Raumsonden), interstellares Medium, Galaxien, Kosmologie, kosmische Strahlung

Prüfungsleistung


Literatur

• An Introduction to Modern Astrophysics, Carroll und Ostlie, Addison-Wesley, 2006




52

Kompetenzbereich Theoretische Physik


53

Modulname Modulcode

Theoretische Physik 1 PHYSIK-B1-TH1




Physik Ba



1 15 Wochen P 8





I Newtonsche Mechanik und Spezielle Relativitätstheorie

P 4 120 h 4

II Mathematische Methoden der Newtonschen Mechanik

P 4 120 h 4



Die Studierenden haben grundlegende Prinzipien der klassischen Mechanikund deren mathematische Formulierung weitgehend verstanden. Sie kennen wichtige, in diesem Bereich eingesetzte mathematische Methoden und können diese zur Lösung physikalischer Probleme einsetzen. Sie erwerben darüber hinaus Erfahrungen mit überfachlichen Qualifikationen wie z.B. Zeitmanagement und Lern- bzw Arbeitsmethoden.


Zeitmanagement, Lern- und Arbeitsmethoden.


Klausur in I, Klausurnote ist die Modulnote.


Die bessere der Noten für die Module PHYSIK-B1-TH1 und PHYSIK-B2-TH2 geht mit dem Gewicht 17 Cr in die Gesamtnote ein.


54

Modulname Modulcode



Newtonsche Mechanik und Spezielle Relativitätstheorie

PHYSIK-B1-TH1-ME


Dozenten der Theoretischen Physik Physik P





4 60 h 60 h 120 h 4 Cr

Lehrform



Die Studierenden kennen die Grundbegriffe der klassischen Mechanik von Massenpunkten und können sie korrekt anwenden und daraus mit analytischen Methoden Schlüsse ziehen. Sie sind in der Lage, einfache Modelle für Phänomene aus disem Bereich der Mechanik zu entwickeln, mathematisch zu formulieren und analytisch zu lösen und ihre Lösung schriftlich und mündlich zu präsentieren.

Inhalte

Newtonsche Mechanik von Massenpunkten: Eindimensionale Bewegung, kinetische und potentielle Energie, Energieerhaltung, (gedämpfter und getriebener) harmonischer Oszillator. Dimensionsanalyse Mehrdimensionale Bewegung. Beschleunigte Bezugssysteme (Coriolis- und Zentrifugalkraft) Bewegung im Zentralfeld, Drehimpuls

Zweikörperproblem, Impulserhaltung, Grundbegriffe der Streutheorie. Spezielle Relativitätstheorie:Lorentz-Transformation, Raum-Zeit-Diagramme, relativistische Dynamik.

Prüfungsleistung

Klausur (gemeinsam mit PHYSIK-B1-TH1-MA) (benotet) (Dauer:120 - 180 Minuten)

Literatur

• Nolting: Grundkurs theoretische Physik, Bd.1




55

Modulname Modulcode



Mathematische Methoden der Newtonschen Mechanik

PHYSIK-B1-TH1-MA







4 60 h 60 h 120 h 4 Cr

Lehrform



Die Studierenden beherrschen die mathematischen Methoden, die für PHYSIK-B1-TH1-ME benötigt werden.

Inhalte

Grenzwerte, Stetigkeit, Differentiation und Integration bei einer Veränderlichen. Taylorentwicklung (eine Veränderliche), geometrische Reihe, Exponentialreihe. Gewöhnliche Differentialgleichungen erster und zweiter Ordnung, Trennung der Variablen.

Komplexe Zahlen, Funktionen komplexer Zahlen, Euler-Formel. Vektoren, Skalarprodukt, Kreuzprodukt, Spatprodukt, Kronecker- und Levi-Civita-Symbol. Matrizen, Determinanten, Drehungen, Spiegelungen, axiale und polare Vektoren, lineare Gleichungssysteme, Eigenwertprobleme. Raumkurven, Differentiation vektorwertiger Funktionen, Bogenlänge, begleitendes Dreibein.

Prüfungsleistung

Klausur (gemeinsam mit PHYSIK-B1-TH1-ME) (benotet) (Dauer:120 - 180 Minuten)

Literatur

• Nolting: Grundkurs theoretische Physik, Bd.1

• Grossmann: Mathematischer Einführungskurs für die Physik


Die Teilnahme an den Übungen zu dieser Veranstaltung ist freiwillig.


56

Modulname Modulcode





Physik Ba



2 15 Wochen P 9


Keine PHYSIK-B1-TH1



I Analytische Mechanik P 4 120 h 4

II Mathematische Methoden der Analytischen Mechanik

P 4 120 h 4

III Computerpraktikum zur Mechanik P 1 30 h 1



Die Studierenden haben grundlegende Prinzipien der analytischen Mechanik und deren mathematische Formulierung weitgehend verstanden. Sie kennen wichtige, in diesem Bereich eingesetzte mathematische Methoden und können diese zur Lösung physikalischer Probleme einsetzen. Sie erwerben darüber hinaus Erfahrungen mit überfachlichen Qualifikationen wie z.B. Zeitmanagement und Lern- bzw Arbeitsmethoden.


Zeitmanagement, Lern- und Arbeitsmethoden




Die bessere der Noten für die Module PHYSIK-B1-TH1 und PHYSIK-B2-TH2 mit dem Gewicht 17 Cr in die Gesamtnote ein.


57

Modulname Modulcode



Analytische Mechanik PHYSIK-B2-TH2-ME







4 60 h 60 h 120 h 4 Cr

Lehrform



Die Studierenden haben die Entwicklung abstrakterer Konzepte der klassischen Mechanik nachvollzogen und können diese korrekt anwenden. Sie kennen die Struktur theoretisch-mathematischer Modelle, sowie die relativen Vorzüge verschiedener Formulierungen der klassischen Mechanik, können deren Konzepte adäquat anwenden und ihre Lösung schriftlich und mündlich präsentieren.

Inhalte

Zwangsbedingungen, d'Alembert-Prinzip, Zwangskräfte, Euler-Lagrange-Gleichungen,

Hamilton-Prinzip, Variationsrechnung Zyklische Variablen und Erhaltungsgrössen, Virialtheorem. Starrer Körper, Euler-Winkel, Euler-Gleichung der Kreiselbewegung,

N-Körperproblem, kleine Schwingungen (Normalmoden). Hamiltonsche Mechanik, Phasenraum, kanonische Transformationen,

Poissonklammern, Liouville-Theorem. Strömungsmechanik (Euler-Gleichung, Navier-Stokes-Gleichung, Reynoldszahl). Optional: Grundbegriffe der Chaostheorie & Hamilton-Jacobi-Theorie.

Prüfungsleistung

Klausur (benotet) (Dauer: 120 - 180 Minuten)

Literatur

• Nolting: Grundkurs theoretische Physik, Bd. 2

• Goldstein, Poole, Safko: Klassische Mechanik

• Landau, Lifshitz: Lehrbuch der Theoretischen Physik, Bd. 1

• Kibble: Classical Mechanics


58


Prüfungsvorleistung: Aktive und erfolgreiche Teilnahme an den Übungen zu dieser Vorlesung sowie am Computerpraktikum (PHYSIK-B2-TH2-CP). Kriterium für erfolgreiche Teilnahme wird vom Dozenten zu Beginn der Lehrveranstaltung festgelegt.


59

Modulname Modulcode



Mathematische Methoden der Analytischen Mechanik

PHYSIK-B2-TH2-MA







4 60 h 60 h 120 h 4 Cr

Lehrform



Die Studierenden beherrschen die mathematischen Methoden, die für PHYSIK-B2-TH2-ME benötigt werden.

Inhalte

Matrix-Diagonalisierung und lineare Stabilitätsanalyse.

Differentiation, Integration und Taylorentwicklung bei mehreren Veränderlichen. Parametrisierung von Flächen und Volumina (Kugel- und Zylinderkoordinaten).

Skalar-, Vektor- und Tensorfelder, Nabla-Operator, Gradient, Divergenz, Rotation, Laplace-Operator, exemplarisch auch in Kugel- oder Zylinderkoordinaten.

Sätze von Gauss und Stokes.

Prüfungsleistung

Siehe Veranstaltung PHYSIK-B2-TH2-ME.

Literatur

Wird in der Vorlesung bekannt gegeben.


Die Teilnahme an den Übungen zu dieser Vorlesung ist freiwillig)


60

Modulname Modulcode



Computerpraktikum zur Mechanik PHYSIK-B2-TH2-CP


Dozenten der theoretischen Physik Physik P



2 SS Deutsch 20


1 15 h 15 h 30 h 1 Cr

Lehrform

Übung im Computerlabor


Die Studierenden können Rechner zur Problemlösung und Veranschaulichung im Bereich der Mechanik einsetzen.

Inhalte

6 Programmieraufgaben aus dem Bereich der Mechanik.

Prüfungsleistung

Siehe Veranstaltung PHYSIK-B2-TH2-ME.

Literatur

Wird im Computerpraktikum bekannt gegeben.


Die aktive und erfolgreiche Teilnahme an den Computerübungen ist Voraussetzung für die Zulassung zur Modulprüfung. Kriterium für erfolgreiche Teilnahme wird vom Dozenten zu Beginn der Veranstaltung festgelegt.


61

Modulname Modulcode





Physik Ba



3 15 Wochen P 10


Keine PHYSIK-B2-TH2



I Elektrodynamik P 6 270 h 9

II Computerpraktikum zur Elektrodynamik P 1 30 h 1



Die Studierenden haben grundlegende Prinzipien der Elektrodynamik und deren mathematische Formulierung weitgehend verstanden. Sie kennen wichtige, in diesem Bereich eingesetzte mathematische Methoden und können diese zur Lösung physikalischer Probleme einsetzen. Sie erwerben darüber hinaus Erfahrungen mit überfachlichen Qualifikationen wie z.B. Zeitmanagement und Lern- bzw Arbeitsmethoden.








62

Modulname Modulcode



Elektrodynamik PHYSIK-B3-TH3-ED







6 90 h 180 h 270 h 9 Cr

Lehrform



Die Studierenden kennen den Ursprung und die Dynamik elektromagnetischer Felder. Sie können analytische Methoden der Elektrodynamik anwenden, physikalische Aufgabenstellungen aus diesem Bereich lösen und ihre Lösung schriftlich und mündlich präsentieren.

Inhalte

Maxwellgleichungen, Lorentzkraft, Skalar- und Vektorpotential, Poisson- und Laplace-Gleichung, Eichinvarianz, CPT-Invarianz, Ladungserhaltung, Elektro- und Magnetostatik, Biot-Savart-Gesetz, Multipol-Entwicklung, Spiegel-Ladungen, Feldlinien und Symmetrien, elektromagnetische Wellen und Strahlung, Elektrodynamik in Materie, Energie- und Impulsdichte des elektromagnetischen Feldes, Poynting-Theorem.

Relativistische Formulierung der Elektrodynamik: Vierervektoren, Feldstärketensor. Mathematische Methoden: Randwertprobleme, Greensche Theoreme; Funktionentheorie: Holomorphe Funktionen, Residuensatz, analytische Fortsetzung; Distributionen: Deltafunktion, Greensche Funktion; Fouriertransformation.

Prüfungsleistung

Klausur (benotet) (Dauer: 120 - 180 Minuten).

Literatur

• Jackson: Klassische Elektrodynamik;

• Nolting: Grundkurs theoretische Physik, Bd. 3 und 4

• Griffiths: Elektrodynamik



63

Prüfungsvorleistung: Aktive und erfolgreiche Teilnahme an den Übungen sowie am Computerpraktikum (PHYSIK-B3-TH3-CP). Kriterium für erfolgreiche Teilnahme wird vom Dozenten zu Beginn der Lehrveranstaltung festgelegt.



3 WS Deutsch 20


1 15 h 15 h 30 h 1 Cr

Lehrform



Die Studierenden können Rechner zur Problemlösung und Veranschaulichung im Bereich der Elektrodynamik einsetzen. Sie besitzen Grundkenntnisse in MATHEMATICA oder ähnlichen Computeralgebra-Systemen.

Inhalte

6 Programmieraufgaben aus dem Bereich der Elektrodynamik.

Prüfungsleistung

Siehe Veranstaltung PHYSIK-B3-TH3-ED.

Literatur

Wird im Computerpraktikum bekanntgegeben.


Siehe Veranstaltung PHYSIK-B3-TH3-ED.

Modulname Modulcode



Computerpraktikum zur Elektrodynamik PHYSIK-B3-TH3-CP




64

Modulname Modulcode





Physik Ba



4 15 Wochen P 10


Keine PHYSIK-B3-TH3


Nr. Veranstaltungsname Belegungstyp SWS Workload Credits

I Quantenmechanik P 6 270 h 9

II Computerpraktikum zur Quantenmechanik P 1 30 h 1



Die Studierenden haben grundlegende Prinzipien der Quantenmechanik und deren mathematische Formulierung weitgehend verstanden. Sie kennen wichtige, in diesem Bereich eingesetzte mathematische Methoden und können diese zur Lösung physikalischer Probleme einsetzen. Sie erwerben darüber hinaus Erfahrungen mit überfachlichen Qualifikationen wie z.B. Zeitmanagement und Lern- bzw Arbeitsmethoden.




Klausur oder mündliche Prüfung in I, Prüfungsnote ist die Modulnote.




65

Modulname Modulcode



Quantenmechanik PHYSIK-B4-TH4-QM







6 90 h 180 h 270 h 9 Cr

Lehrform



Die Studierenden kennen den konzeptionellen Unterschied zwischen klassischer Mechanik und Quantenmechanik. Sie können mit analytischen Methoden grundlegende quantenmechanische Probleme lösen und ihre Lösungen schriflich und mündlich präsentieren.

Inhalte

Postulate der Quantenmachanik: Schrödingergleichung, Zustände & Observablen (Messwerte, Eigenfunktionen, diskretes und kontinuierliches Spektrum); Vertauschungsregeln, Unschärferelation. Zeitentwicklung und Ehrenfest-Theorem (unitäre Operatoren, Schrödinger-, Heisenberg- und Wechselwirkungs-Bild, Energie-Zeit-Unschärfe); Symmetrien und Erhaltungsgrössen (Energie, Impuls, Drehimpuls). Eindimensionale Beispiele (Stufe, Barriere, Kasten). Algebra des harmonischen Oszillators. Dreidimensionale Schrödingergleichung. Darstellungswechsel, Dirac-Notation, Dichte-Matrix. Algebra des Drehimpulses (Bahndrehimpuls, Spin, Gesamtdrehimpuls), Addition von Drehimpulsen. Wasserstoff-Problem. Zeitunabhängige und zeitabhängige Störungstheorie. Streutheorie (Potentialstreuung) in Born-Näherung. Ritzsches Variationsverfahren, WKB-Methode. Ununterscheidbare Teilchen (Bosonen und Fermionen). Mathematische Methoden: Wahrscheinlichkeitstheorie; Hilbertraum-Theorie: Funktionenraum L2, vollständige Orthonormalsysteme, unitäre und selbst-adjungierte Operatoren, Kommutatoren, Schwarzsche Ungleichung, Eigenwerte und Eigenvektoren selbstadjungierter Operatoren, Projektionsoperatoren, Spektraldarstellung. Optional: Grundzüge der Gruppentheorie

Prüfungsleistung

Klausur (Dauer 120 - 180 Minuten) oder mündliche Prüfung (Dauer:30-45 Minuten) (Prüfungsform wird vom Dozenten zu Begin der Vorlesung festgelegt)


66

Literatur

• Schwabl: Quantenmechanik

• Nolting: Grundkurs theoretische Physik, Bd. 5

• Schiff: Quantum Mechanics

• Cohen-Tannoudji, Diu, Laloé: Quantenmechanik, Bd. 1 und 2




67



Computerpraktikum zur Quantenmechanik PHYSIK-B4-TH4-CP







1 15 h 15 h 30 h 1 Cr

Lehrform



Die Studierenden können Rechner zur Problemlösung und Veranschaulichung im Bereich der Quantenmechanik einsetzen.

Inhalte

6 Programmieraufgaben aus dem Bereich der Quantenmechanik.

Prüfungsleistung

Siehe Veranstaltung PHYSIK-B4-TH4-QM.

Literatur

Wird im Computerpraktikum bekanntgegeben.


Die aktive und erfolgreiche Teilnahme an den Computerübungen ist Voraussetzung für die Zulassung zur Modulprüfung. Kriterium für erfolgreiche Teilnahme wird vom Dozenten zu Beginn der Lehrveranstaltung festgelegt


68

Modulname Modulcode





Physik Ba



5 15 Wochen P 9


Keine PHYSIK-B4-TH4



I Statistische Physik und Thermodynamik P 6 270 h 9

(Ein Computerpraktikum findet im Rahmen der Vorlesung "Computersimulation“ statt)



Die Studierenden haben grundlegende Prinzipien der Statistischen Physik und deren mathematische Formulierung weitgehend verstanden. Sie kennen wichtige, in diesem Bereich eingesetzte mathematische Methoden und können diese zur Lösung physikalischer Probleme einsetzen. Sie erwerben darüber hinaus Erfahrungen mit überfachlichen Qualifikationen wie z.B. Zeitmanagement und Lern- bzw Arbeitsmethoden.




Mündliche Prüfung (Dauer:30-45 Minuten) oder Klausur (Dauer: 120 - 180 Minuten).


Die bessere der Noten für die Module PHYSIK-B5-TH5 und PHYSIK-B5-EP5 geht mit dem Gewicht 18 Cr in die Gesamtnote ein.


69

Modulname Modulcode



Statistische Physik und Thermodynamik PHYSIK-B5-TH4-SP





5 WS Englisch V: 90 / Üb: 20


6 90 h 180 h 270 h 9 Cr

Lehrform



Die Studierenden kennen die statistische Begründung der Thermodynamik, sie können den Status von Wahrscheinlichkeit in Quantenmechanik und Statistik unterscheiden, sie sind in der Lage, analytische Methoden der Statistischen Physik anzuwenden.

Inhalte

Wahrscheinlichkeitstheorie, Zentraler Grenzwertsatz. Dichteoperator, Gleichgewichtsensembles und Thermodynamische Potentiale, Entropie, Hauptsätze, Kreisprozesse, thermodynamische Relationen, Gleichverteilungssatz, Fluktuationen, Ideale Gase (klassisch, Bose- und Fermigas), Reale Gase (van-der-Waals-Gl., Virialentwicklung), Phasenübergänge (Clausius-Clapeyron-Gl., mehrkomponentige Systeme). Irreversible Prozesse und Relaxation ins Gleichgewicht. Optional: Molekularfeldtheorie kritischer Phänomene

Prüfungsleistung

Mündliche Prüfung (Dauer: 30-45 Minuten) oder Klausur (Dauer: 120 - 180 Minuten). Prüfungsform wird vom Dozenten zu Beginn der Lehrveranstaltung festgelegt.

Literatur

• Schwabl: Statistische Mechanik

• Brenig: Statistische Theorie der Wärme

• Fließbach: Statistische Physik


Prüfungsvorleistung: Aktive und erfolgreiche Teilnahme an Übungen. Kriterium für erfolgreiche Teilnahme wird vom Dozenten zu Beginn der Lehrveranstaltung festgelegt.


70

Kompetenzbereich Ergänzung


71

Modulname Modulcode

Schlüsselqualifikationen - E1 PHYSIK-B1-E11


Studiendekan der Physik Physik


Physik Ba



1 30 Wochen P 4


Keine

Zugehörige Lehrveranstaltungen1):

Nr. Veranstaltungsname Belegungstyp SWS Workload Credits

I Grundlagen der Programmierung P 2 90 h 2

II Veranstaltungen des IOS WP 2 90 h 3

III Seminar Projektplanung und Präsentation P 2 90 h 4

Summe (Pflicht und Wahlpflicht) 4+ 210+ h 6+


Die Studierenden erwerben überfachliche Kompetenzen im Umgang mit dem Computer als Voraussetzung für den Einsatz rechnergestützter Verfahren zur Lösung physikalischer Probleme sowie in weiteren Bereichen ihrer Wahl (z.B. Erlernen der englischen Fachsprache etc). Sie sind mit entsprechenden Lernstrategien vertraut, sich in die Thematik eines Projekts zur Lösung einer begrenzten wissenschaftlichen Aufgabenstellung einzuarbeiten und dabei das im Bachelorstudium erworbene Wissen eigenverantwortlich zu ergänzen und zu vertiefen.


Programmiertechniken, Lern- und Arbeitstechniken, Präsentationstechniken, Projektmanagement


Studienleistungen (unbenotet) in I und III

Prüfungsleistungen (benotet oder unbenotet) lt. IOS in II


Geht nicht in die Gesamtnote ein.


72

Modulname Modulcode

Schlüsselqualifikationen – E1 PHYSIK-


Grundlagen der Programmierung PHYSIK-

Lehrende/r

Brendel

Lehreinheit Belegungstyp (P/WP/W)

Brendel Physik P



1 SS Deutsch 20


2 30 h 60 h 90 h 3 Cr

Lehrform



Die Studierenden können einfache Computerprogramme in C entwickeln und erwerben damit die Voraussetzungen, rechnergestützte Verfahren zur Lösung physikalischer Probleme einzusetzen.

Inhalte

Numerik-orientierter Programmierkurs in der Programmiersprache C.

Prüfungsleistung

Studienleistung: Aktive und erfolgreiche Teilnahme.

Literatur

Wird in der Übung angegeben.


Kriterien für erfolgreiche Teilnahme wird vom Dozenten zu Beginn der Lehrveranstaltung festgelegt.


73

Modulname Modulcode

Schlüsselqualifikationen – E1 PHYSIK-BX-E1


Veranstaltungen aus dem Angebot des IOS PHYSIK-BX-E1-IOS


Dozenten des IOS3) IOS1) WP



1 - 6 WS oder SS Englisch 25


2 30 h 60 h 90 h 3 Cr

Lehrform

Üb


Die Studierenden erwerben überfachliche Kompetenzen auf einem Gebiet ihrer Wahl. Sie belegen hierzu eine Lehrveranstaltung aus dem Angebot des Instituts für Optionale Studien (IOS). Dies kann z.B. ein Sprachkurs zum Erlernen der englischen Fachsprache sein, es kann jedoch eine beliebige Veranstaltung aus dem Bereich E1 gewählt werden.

Inhalte

Siehe Lehrangebot IOS.

Prüfungsleistung

Prüfungsmodalitäten gemäß IOS

Literatur

Wird in der Veranstaltung bekannt gegeben


3 Institut für Optionale Studien (Zentrale Einrichtung der UDE zur Bündelung des Lehrangebots im Ergänzungsbereich)


74

Modulname Modulcode

Schlüsselqualifikationen – E1 ENERGY-BX-E1


Projektplanung und Präsentation ENERGY-BX-E1-PP





1 - 6 SS Englisch 90


2 30 h 90 h 120 h 4 Cr

Lehrform

Seminar


Die Studierenden sind befähigt, ein Projekt zur Lösung einer begrenzten wissenschaftlichen Aufgabenstellung (Bachelorarbeit) selbstständig zu planen und das Ergebnis im mündlichen Vortrag zu präsentieren. Sie sind in der Lage, sich in die Thematik des Projekts einzuarbeiten und dabei das im Bachelorstudium erworbene Wissen eigenverantwortlich zu ergänzen und zu vertiefen.

Inhalte

Jeder Studierende hält einen wissenschaftlichen Vortrag über Thema, Planung, Vorbereitung und Durchführung der Bachelorarbeit. Das Thema sowie die zur Vorbereitung empfohlene Lektüre werden vorher in Absprache mit dem Betreuer der Arbeit festgelegt. Die Studierenden erarbeiten ihr Thema unabhängig und führen, wenn notwendig, eigenverantwortlich weitergehende Recherchen aus. Zusammen mit dem Betreuer wird das Material für die Präsentation ausgewählt, verarbeitet und vorgetragen.

Prüfungsleistung

Aktive und erfolgreiche Teilnahme und eine eigene Präsentation (unbenotet).

Literatur

Wird individuell zugeteilt.



75

Modulname Modulcode

Allgemeinbildende Grundlagen: Chemie PHYSIK-BX-E2


Studiendekan der Chemie Chemie


Physik Ba



1 - 6 30 Wochen WP 6 - 11


Keine



I Einführung in die Chemie (Allgemeine Chemie)

WP 6 150 h 5

II Praktikum Allgemeine Chemie WP 5 110 h 3

Summe (Pflicht und Wahlpflicht)4 11 260 h 8


Die Studierenden erwerben überblicksmäßige Kenntnisse und Fertigkeiten auf dem Gebiet der Chemie.


.


Klausur zu I, Klausurnote ist die Modulnote; Studienleistung in II


Geht nicht in die Gesamtnote ein

4 Beide Lehrveranstaltungen (I und II) müssen belegt werden.


76

Modulname Modulcode

Allgemeinbildende Grundlagen: PHYSIK-BX-E2


Einführung in die Chemie (Allgemeine Chemie)

PHYSIK-BX-E2-Chem


Schlücker, Spohr Chemie WP



1 - 6 WS Deutsch


6 90 h 60 h 150 h 5 Cr

Lehrform

Vorlesung (4SWS) + Übung (2SWS)


Einführung in Grundkonzepte der Chemie. Erklärung von Stoffeigenschaften und chemischen Vorgängen auf molekularer Ebene. Basierend auf chemischem Grundwissen und –verständnis sollen Anwendungsaspekte verständlich gemacht werden.

Inhalte

• Beschreibung von stofflichen Zuständen

• Methoden der Stofftrennung

• Chemische Elemente

• Stoffmengenbegriff und Stöchiometrie

• Atomaufbau, Atomeigenschaften, Periodensystem der Elemente

• Prototypen der chemischen Bindung und Modelle zu deren Beschreibung

• Grundlagen der Kinetik chemischer Reaktionen

• Grundlagen der Thermodynamik chemischer Reaktionen

• Säure-Base-Reaktionen (Protonentransfer-Gleichgewichte)

• Redox-Reaktionen (Elektronentransfer-Gleichgewichte)

• Grundlagen und Anwendungen der Elektrochemie

• Exemplarische Behandlung chemischer Reaktivitäten: Erarbeitung von Reaktivitätstrends

vor dem Hintergrund des Periodensystems


77

• Wasserstoffverbindungen: Bindungsvielfalt und Reaktivitätsmuster

• Halogene, Prototypen von Nichtmetallen: typische Reaktivitäten ausgewählter

Halogenverbindungen

• Ausgewählte Alkali- und Erdalkalimetalle: wichtige Verbindungen und

Verbindungseigenschaften

• Gruppe 14: der Übergang von Nichtmetallen zu Metallen; u. a. kurze Einführung in

wichtige organische Stoffklassen und Polymere

Prüfungsleistung

Klausur (Dauer 120 Minuten) am Ende des Semesters

Literatur

• Charles E. Mortimer, Ulrich Müller, Chemie - Das Basiswissen der Chemie, 8. Aufl., Thieme, Stuttgart, 2003; UB: 35 UNP 1437


Prüfungsvorleistung: Aktive und erfolgreiche Teilnahme an den Übungen. Kriterium für erfolgreiche Teilnahme : mindestens 60 % der Punkte der bewerteten Übungsaufgaben


78

Modulname Modulcode

Allgemeinbildende Grundlagen: PHYSIK-BX-E2


Praktikum Allgemeine Chemie PHYSIK-BX-E2-PrChem


Dozenten der Chemie Chemie WP



1 - 6 SS Deutsch


5 75 h 35 h 110 h 3 Cr

Lehrform

Experimentelles Praktikum


Einführung in den sicheren Umgang mit Chemikalien (Gefahrstoffen) und die sachgerechte Entsorgung von Laborabfällen, Kenntnis der Funktion und korrekte Handhabung einfacher Laborgeräte einschließlich des sachgemäßen Aufbaus von Standardlaborglasapparaturen, Praktische Erfahrung von Grundbegriffen anhand von typischen Experimenten..

Inhalte

• Sicheres Arbeiten im chemischen Labor

• Umgang mit Laborabfällen

• Verhalten bei Gefahren im Labor

• Dokumentieren von Versuchen im Laborjournal

• Chemische Grundoperationen: Wägen, Volumenmessung, Stofftrennung (Filtrieren,

Kristallisieren, Sublimieren, Destillieren)

• Qualitative Bestimmung von Stoffeigenschaften, z.B. Löslichkeit, Hydrolyseverhalten,

Pufferwirkung, Verhalten von Metallen gegenüber Wasser, Säuren und Basen

• Analytische Grundoperationen zur Stoffidentifizierung: Gravimetrie, Komplexometrie,

volumetrische Säure-Base- und Redox-Bestimmungen

• Synthesen.

Prüfungsleistung

Antestate (30%), praktisches Arbeiten im Labor (10%), Protokollierung im Laborjournal (10%), 1-stündige Praktikumsabschlussklausur (50%)


79

Literatur

• Praktikumsskript mit Versuchsanleitungen

• Gerhart Jander, Ewald Blasius, Lehrbuch der analytischen und präparativen

anorganischen Chemie, 14. Aufl., S. Hirzel, Stuttgart, 1995; UB: 35 UNP 120



80

Modulname Modulcode

Allgemeinbildende Grundlagen: Informatik PHYSIK-BX-E2


Studiendekan der Informatik Informatik


Physik Ba



1 - 6 15 oder 30 Wochen WP 6 - 11


Keine



I Grundlegende Programmiertechniken WP 3 120 h 4

II Fortgeschrittene Programmiertechniken WP 3 120 h 4

III Rechnernetze- und Kommunikations-systeme

WP 3 120 h 4

IV Software-Technik WP 6 240 h 8

V Datenstrukturen und Algorithmen WP 6 240 h 8

Summe (Pflicht und Wahlpflicht)5 6 240 h 8


Die Studierenden erwerben überblicksmäßige Kenntnisse und Fertigkeiten in den Grundlagen der Informatik.


.


Kumulativ aus den Studien-/Prüfungsleistungen in den einzelnen Lehrveranstaltungen


Geht nicht ein

5 Es sind Lehrveranstaltungen im Gesamtumfang von 6-11 ECTS-Credits zu belegen


81

Modulname Modulcode



Grundlegende Programmiertechniken PHYSIK-BX-E2-GProg


Krüger Informatik WP



1 - 6 Deutsch


3 45 h 75 h 120 h 4 Cr

Lehrform

Vorlesung (2 SWS) und Übung (1 SWS)


Die Studierenden lernen die Konzepte einer modernen, objektorientierten Programmiersprache kennen und anwenden. Sie können dem Problem angemessene Datenstrukturen und Programmkonstrukte wählen, beurteilen und verwenden. Ausgehend von den elementaren Sprachkonstrukten sind die Studierenden in der Lage, kleinere Problemstellungen in einen Algorithmus zu überführen und in Java zu implementieren. Hierbei lernen sie, den Standards und Konventionen entsprechenden, verständlichen und gut dokumentierten Quellcode zu erzeugen.

Inhalte

Anhand der Programmiersprache Java werden grundlegende Programmiertechniken in einer objektorientierten, modernen Sprache besprochen.

Inhalte im Einzelnen: - Einführung und grundlegende Struktur von Programmen - Lexikalische Elemente, Datentypen und Variablen, Ausdrücke und Anweisungen - Objektorientierte Programmierung: Klassen, Methoden, Vererbung, Interfaces, Abstrakte Klassen - Standard und Utilityklassen - Generische Datentypen – Anwendung von Standardtypen - Ausnahmebehandlung - Ein- und Ausgabe mittels Streams - Graphische Oberflächen (Einführung) - Einführung - Ereignisbehandlung - Anwendung der JSDK Utility Programme (Javadoc etc.).

Prüfungsleistung

Testat (praktische Aufgabe) sowie Teil der Gesamt-Klausurarbeit über das Modul "Programmiertechnik" am Ende des 2. Semesters.

Literatur


82

• Judith Bishop: Java lernen. 2. Auflage, Pearson Studium

• Guido Krüger: Handbuch der Java-Programmierung. 4. Auflage. Addison-Wesley, 2004

• Christian Ullenboom: Java ist auch eine Insel. 5. Auflage, Galileo Computing, 2005

• Sun JSDK und zugehörige Tutorials



83

Modulname Modulcode



Fortgeschrittene Programmiertechniken PHYSIK-BX-E2-FProg


Pauli Informatik WP



1 - 6 SS Deutsch


3 45 h 75 h 120 h 4 Cr

Lehrform



Die Studierenden vertiefen die in der Veranstaltung des ersten Semesters erlernten Konzepte und wenden sie auf komplexere Fragestellungen an. Hierbei sollen sie die in der Veranstaltung "Modellierung" erlernten Techniken, wie z.B. UML an konkreten Fragestellungen einsetzen. Sie verstehen weiterführende Sprachelemente und APIs, die sie in die Lage versetzen, größere Anwendungen, z.B. im Netzwerk- und Datenbankbereich erfolgreich zu implementieren..

Inhalte

Aufbauend auf die grundlegenden Programmiertechniken aus der Veranstaltung des 1. Semesters werden weiterführende Sprachelemente und komplexere APIs besprochen und anhand von komplexeren Fragestellungen angewendet. Hierbei kommen Modellierungstechniken, wie z.B. UML zum Einsatz. Inhalte im Einzelnen: - Nebenläufige Programmierung mittels Threads - Objektserialisierung - Erweiterte graphische Benutzeroberflächen, Entwurfsmuster, Model-View-Controller Prinzip - Generische Datentypen (Definition und Konzeption) - Datenbankanbindung mittels JDBC - Einführung in die Netzwerkprogrammierung - Verteilte Programmierung mittels Remote Method Invocation (RMI) - Applets und Servlets..

Prüfungsleistung

Testat (praktische Aufgabe) sowie Teil der Gesamt-Klausurarbeit über das Modul "Programmiertechnik" am Ende des 2. Semesters

Literatur


84

• Judith Bishop: Java lernen. 2. Auflage, Pearson Studium

• Guido Krüger: Handbuch der Java-Programmierung. 4. Auflage. Addison-Wesley, 2004

• Christian Ullenboom: Java ist auch eine Insel. 5. Auflage, Galileo Computing, 2005

• Sun JSDK und zugehörige Tutorials



85

Modulname Modulcode



Rechnernetze und Kommunikationssysteme PHYSIK-BX-E2-RKomm


Otten Informatik WP



1 - 6 WS Deutsch


3 45 h 75 h 120 h 4 Cr

Lehrform



Die Studierenden begreifen Rechnerkommunikation anhand von Schichtenmodellen, sie ordnen physikalische und logische Komponenten, wie z. B. Adressen, sowie Dienste den Schichten zu, kennen wichtige Zugangsstandards und Protokollfamilien und ihre Bedeutung für den Datenaustausch. Sie identifizieren verschiedene Kommunikationsformen in den betrachteten Architekturen, die bereitgestellten Dienste und verstehen ihr Zusammenspiel zur Gewährleistung eines Informationsflusses im Rahmen von Qualitätszusicherungen.

Inhalte

Die Veranstaltung behandelt Hardwaregrundlagen für Rechnernetze, Technologien zur Paketübertragung, Schichtenmodell und Protokolle, Netzwerkanwendungen. Inhalt im Einzelnen: - Hardwaregrundlagen für Rechnernetze (Übertragungsmedien, Übertragungskomponenten, Topologien) - Technologien zur Paketübertragung (Zugriffsstandards, Ethernet, 10Base2, 10Base5, 10BaseT, 100BaseTX/FX, Gigabit-Ethernet, FDDI, ATM, Wireless-LAN, DSL-Techniken) - Schichtenmodell und Protokolle (Protokollfamilie TCP/IP, wichtigste Dienstprotokolle, IPv6, IPsec etc.) - Netzwerkanwendungen (Client/Server Interaktion, Sockets, Dienste im Internet wie DNS, FTP, WWW etc.).

Prüfungsleistung

Mündliche Prüfung im Rahmen des Moduls "Rechnernetze und Sicherheit"

Literatur

• A. Tanenbaum: Computernetzwerke, 3. Auflage, Pearson Studium 2000

• J. Kurose, K. Ross: Computernetze, Pearson Studium 2002


86


Modulname Modulcode



Softwaretechnik PHYSIK-BX-E2-STech


Heisel Informatik WP



1 - 6 WS Deutsch


6 90 h 150 h 240 h 8 Cr

Lehrform

Vorlesung (4 SWS) und Praktikum (2 SWS)


Die Studierenden können den Unterschied zwischen Softwareentwicklung und Programmierung erklären und verschiedene Vorgehensmodelle und Phasen der Softwareentwicklung erläutern. Sie sind in der Lage, Prinzipien der Objektorientierung zu benennen und zu erklären und können objektorientierte Software systematisch nach einem gegebenen Prozess entwickeln. Weiterhin können sie unterschiedliche Software-Qualitätssicherungstechniken erklären und sind in der Lage, Software systematisch zu testen.

Inhalte

Die Veranstaltung vermittelt verschiedene Vorgehensmodelle und die Phasen der Software-Entwicklung, die Prinzipien der Objektorientierung bei Programmierung und Software-Entwicklung, systematisches Testen von Software, sowie Qualitätssicherungstechniken. In einem begleitenden Praktikum werden die vorgestellten Konzepte beispielhaft angewendet.

Inhalte im Einzelnen: - Motivation: Unterschied zwischen Programmierung im Kleinen und Softwareentwicklung im Großen, Erfolgsfaktoren für Softwareprojekte - Software-Prozessmodelle - Analysephase (Terminologie, insbes. Anforderungen versus Spezifikationen, Ableitung von Spezifikationen aus Anforderungen und Domänenwissen, Zerlegung komplexer Probleme in einfache Unterprobleme, Problem Frames als Muster für einfache Softwareentwicklungsprobleme) - Prinzipien der Objektorientierung - Objektorientierter Softwareentwicklungsprozess (Fusion) unter Verwendung von UML (Modelle und Notationen für die Analyse, Modelle und Notationen für den Entwurf, Umsetzung des Entwurfs in eine objektorientierte Implementierung) - Architektur- und Entwurfs-muster - Testen - Weitere Techniken zur Qualitätssicherung, darunter Metriken, Inspektionen.

Prüfungsleistung


87

Schriftliche Klausur oder mündliche Prüfung

Literatur

• H. Balzert: Lehrbuch der Softwaretechnik, 2 Bände, Spektrum-Verlag.

• I. Sommerville: Software Engineering, Addison-Wesley. - S. L. Pfleeger: Software Engi-

neering, Prentice-Hall, 2001.

• M. Jackson: Problem Frames. Analyzing and structuring software development problems,

Addison-Wesley, 2001.

• M. Jeckle, et al.: UML 2 glasklar.

• D. Coleman, et al.: Object-Oriented Development (The Fusion Method), Prentice-Hall,

1994.

• E. Gamma, et al.: Design Patterns, Addison Wesley, 1995.

• P. Liggesmayer: Software-Qualität, Spektrum, 2002



88

Modulname Modulcode

Allgemeinbildende Grundlagen: Mathematik PHYSIK-BX-E2


Studiendekan der Mathematik Mathematik


Physik Ba



1 - 6 30 Wochen WP 6 - 11


Keine



I Analysis 3 WP 6 270 h 9

II Numerik 1 WP 6 270 h 9

III Optimierung 1 WP 6 270 h 9

IV Kryptographie 1 WP 6 270 h 9

V Funktionentheorie 1 WP 6 270 h 9

VI Gewöhnliche Differentialgleichungen 1 WP 6 270 h 9

VII Differentialgeometrie 1 WP 6 270 h 9

VIII Funktionalanalysis 1 WP 6 270 h 9



Die Studierenden erwerben überblicksmäßige Kenntnisse im Fach Mathematik, welche über die im Physikstudium ohnehin vermittelten Inhalte hinaus gehen.


.



Geht nicht ein


89

Modulname Modulcode



Analysis 3 PHYSIK-BX-E2-AN


Prof. Dr. Ulrich Dierkes Mathematik WP



1 - 6 WS oder SS Deutsch


6 90 h 180 h 270 h 9 Cr

Lehrform

Vorlesung/4 SWS und Übung/2 SWS


Wesentliche Ziele dieser Vorlesung sind neben der Vektoranalysis die gesamte Lebesgue’sche Integrationstheorie und die hiermit zusammenhängenden fundamentalen Theoreme. Dies liefert das Fundament für sämtliche weiterführende Vorlesungen im Bereich der mathematischen Analysis, wie z.B. Partielle Differentialgleichungen, Variationsrechnung, Optimierung, Differentialgeometrie, Stochastik, Numerik, Funktionalanalysis.

Inhalte

Vektoranalysis im R3: Sätze von Gauß, Green,Stokes;

Lebesgue’sche Integrationstheorie im Rn: Konstruktion des Lebesgue-Maßes, messbare Funktionen, Maßkonvergenz: Sätze von Lebesgue, Riesz;

Satz von Lusin, Lebesgue-Integral, Konvergenzsätze zum Lebesgue-Integral: Fatou, Lebesgue, B. Levi;

Prinzip von Cavalieri, Satz von Fubini; Lp-Räume, Satz von Riesz-Fischer; Mannigfaltigkeiten und Differentialformen; allgemeiner Stokes’scher Satz;

Gewöhnliche Differentialgleichungen

Prüfungsleistung

In der Regel: schriftliche Klausur am Semesterende. Der Vorlesende gibt die Prüfungsmodalitäten am Anfang des Semesters bekannt. Die Lehrenden können die Zulassung zur Klausur von der aktiven Teilnahme am Übungsbetrieb abhängig machen.


90

Literatur

• Barner, Flohr: Analysis II. de Gruyter 1991

• Hildebrandt: Analysis II, III. Springer 2003

• Fleming: Functions of several variables.

• Addison-Wesley 1965

Weitere Literatur wird in den Veranstaltungen bekanntgegeben.



91

Modulname Modulcode



Numerische Mathematik I: Grundlagen PHYSIK-BX-E2-NM


Prof. Dr. Gerhard Starke Mathematik WP





6 90 h 180 h 270 h 9 Cr

Lehrform



Aktives Erlernen der Begriffsbildungen der Numerischen Mathematik und der numerischen Lösung mathematischer Problemstellungen Umfassendes Verständnis der numerischen Verfahren und Erlernen der Fähigkeit, diese der Problemstellung entsprechend einsetzen zu können Eigenständige Präsentation und Vertretung der Lösungsvorschläge in einer Diskussion Behandlung mathematischer Probleme mit numerischen Methoden und deren algorithmische Umsetzung

Inhalte

(Die angegebene Reihenfolge ist nicht obligatorisch; alle Punkte beziehen sich auf die zugehörigen numerischen Verfahren und die theoretischen Grundlagen, soweit letztere noch nicht in den Grundvorlesungen des ersten Jahres behandelt worden sind.): • Lineare Gleichungssysteme

• Nichtlineare Gleichungen und Gleichungssysteme • Ausgleichsprobleme • Eigenwertaufgaben

• Interpolation • Iterative Verfahren für lineare Gleichungssysteme

• Integration Desweiteren sollen Fragen der Kondition und numerischen Stabilität erörtert werden. Die Übungen zur Vorlesung Numerische Mathematik I finden in Kleingruppen statt. Der Stoff der Vorlesungen wird in wöchentlichen schriftlichen Aufgaben vertieft. Die Übungen können auch eine praktische Komponente enthalten, bei der numerische Verfahren am Rechner entwickelt und getestet werden. Die dazu nötigen Kenntnisse im Umgang mit einer Programmierumgebung (z.B. Matlab) werden gegebenenfalls in den Übungen vermittelt.


92

Prüfungsleistung

Benotete mündliche oder schriftliche Prüfung am Semesterende. Die Modalitäten der Prüfung sowie etwaiger Zulassungsvoraussetzungen werden zu Beginn der Veranstaltungen von der/dem Lehrenden festgelegt und bekanntgegeben.

Literatur

• A. Quarteroni, R. Sacco, F. Saleri: Numerische Mathematik I und II. Berlin: Springer 2002

• M. Hanke-Bourgeois: Grundlagen der Numerischen Mathematik und des

wissenschaftlichen Rechnens. Wiesbaden: Teubner 2002




93

Modulname Modulcode



Optimierung 1 PHYSIK-BX-E2-OP


Prof. Dr. Rüdiger Schultz Mathematik WP





6 90 h 180 h 270 h 9 Cr

Lehrform



Die Teilnehmer erwerben die grundlegenden Kenntnisse zur Theorie und Algorithmik der linearen Optimierung. Dabei erlernen sie auch Modellierungstechniken und lernen Ansätze zur softwaretechnischen Realisierung kennen. Diese Kenntnisse versetzen die Teilnehmer in die Lage, eine insbesondere in ökonomischen Anwendungen wichtige Klasse von praktischen Problemen zu modellieren und zu lösen.

Inhalte

• Theorie linearer Ungleichungssysteme

• Geometrie der Polyeder • Simplexmethode und ihre Varianten sowie zwei der folgenden Themen:

• Lineare Netzwerkoptimierung • Innere-Punkte-Verfahren der linearen Optimierung

• Karush-Kuhn-Tucker Bedingungen

Prüfungsleistung

Die ECTS-Punkte werden auf Grund einer mündlichen oder schriftlichen Prüfung innerhalb von drei der Veranstaltung folgenden Monaten vergeben. Innerhalb von sechs Monaten nach der Prüfung besteht Möglichkeit zur Nachprüfung. Die Prüfungsleistung wird benotet. Die Lehrenden werden die Modalitäten der Prüfung zu Beginn der Veranstaltungen festlegen.


94

Literatur

• Bertsimas, Tsitsiklis: Introduction to Linear Optimization. Athena Scientific 1997

• Dantzig, Thapa: Linear Programming 1/2. Springer 1997/2003

• Padberg: Linear Optimization and Extensions. Springer 1999

• Schrijver: Theory of Linear and Integer Programming. Wiley 1998

• Gritzmann: Grundlagen der Mathematischen Optimierung, Springer 2013




95

Modulname Modulcode



Kryptographie 1 PHYSIK-BX-E2-KY


Prof. Dr. Georg Hein Mathematik WP





6 90 h 180 h 270 h 9 Cr

Lehrform



Die Teilnehmer sollen die algebraischen Methoden erlernen, die die Grundlagen der modernen Kryptographie bilden. Dazu sollen sie praktische Probleme der Datensicherheit kennen lernen. Das Modul kann als Grundlage dienen für anschließende Seminare und weiterführende Vorlesungen aus der Kryptographie und der Codierungstheorie. • Durchdringen anspruchsvoller Beweise • Erlernen des Wechselspiels zwischen theoretischen und praktischen Lösungen

• Anwenden der Theorie auf abstrakte und konkrete Probleme in den Übungen • Mündliche und schriftliche Präsentation der eigenen

Ansätze und Lösungen

Inhalte

Grundlagen der DiskretenMathematik in Hinblick auf die Kryptographie, insbesondere (die hier angegebene Reihenfolge ist nicht obligatorisch):

1. Klassische Kryptographie. 2. Ansätze zur Kryptanalyse. 3. Shannonsche Theorie.

4. Secret-Key-Kryptographie. 5. Public-Key-Kryptographie.

6. Kryptographische Hashfunktionen. 7. Digitale Unterschriften. Die Übungen zur Kryptographie I finden in Kleingruppen statt. Der Stoff der Vorlesungen wird in wöchentlichen schriftlichen Aufgaben vertieft.


96

Prüfungsleistung


Literatur

Literatur wird in den Veranstaltungen bekanntgegeben.



97

Modulname Modulcode



Funktionentheorie 1 PHYSIK-BX-E2-FT


Prof. Dr. Gerhard Freiling Mathematik WP





6 90 h 180 h 270 h 9 Cr

Lehrform



Die aufgeführten Lehrinhalte sollen beherrscht und in den begleitenden Übungen selbständig vertieft werden. Das Modul kann als Grundlage dienen für weiterführende Seminare und Vorlesungen zur Funktionentheorie. In Verbindung mit anderen Modulen aus der Analysis oder der Algebra sollen die Studierenden Einblick in das Zusammenwirken verschiedener mathematischer Theorien gewinnen.

Inhalte

Grundlagen der Funktionentheorie, insbesondere (die hier angegebene Reihenfolge ist nicht obligatorisch): • Komplexe Differenzierbarkeit; • Einführung in die Theorie der holomorphen Funktionen;

• Cauchyscher Integralsatz; • Konforme Abbildungen;

• Cauchy-Formeln und Potenzreihen; • Singularitäten und Laurent-Reihen; • Analytische Fortsetzung;

• Der Residuenkalkül.optional: • Spezielle Funktionen (Gammafunktion, Riemannsche Zetafunktion, Weierstraßsche

p-Funktion) • Möbius-Transformationen; • Normale Familien, der Riemannsche Abbildungssatz.

Prüfungsleistung

Mündliche Prüfung oder schriftliche Prüfungsklausur. Die Lehrenden geben die Modalitäten der Prüfung zu Beginn der Veranstaltungen bekannt.


98

Literatur

• W. Fischer, I. Lieb: Funktionentheorie. Vieweg Verlag

• J. B. Conway: Functions of one complex variable. Springer Verlag




99

Modulname Modulcode



Gewöhnliche Differentialgleichungen 1 PHYSIK-BX-E2-GD







6 90 h 180 h 270 h 9 Cr

Lehrform



Die Teilnehmer sollen elementare Differentialgleichungen lösen können, Grundkenntnisse über die theoretische Behandlung von Differentialgleichungen erlangen und auf Probleme aus der Praxis anwenden können. Die Teilnehmer erwerben Kompetenzen, die für anschließende Seminare und weiterführende Vorlesungen z. B. über Stabilitätstheorie und Asymptotik gewöhnlicher Differentialgleichungen oder über dynamische Systeme erforderlich sind.

Inhalte

Die Vorlesung gibt eine Einführung in die Theorie der Gewöhnlichen Differentialgleichungen (bzw. Differentialgleichungssysteme) im Reellen. Dabei geht es um das Studium des lokalen als auch globalen Verhaltens der Lösungen. Es werden folgende Themenbereiche behandelt: • Explizite Integrationsmethoden

• Existenz- und Eindeutigkeitssätze • Globale Lösungen

• Lineare Differentialgleichungen und -gleichungssysteme • Stetige und differenzierbare Abhängigkeit vonden Daten • Differentialungleichungen und Verwandtes

Die zugehörigen Übungen finden in Kleingruppen statt. Der Stoff der Vorlesungen wird in wöchentlichen schriftlichen Aufgaben vertieft.

Prüfungsleistung



100

Literatur

• W. Walter: Gewöhnliche Differentialgleichungen. 7. Aufl. Berlin: Springer 2000




101

Modulname Modulcode



Differentialgeometrie 1 PHYSIK-BX-E2-DF







6 90 h 180 h 270 h 9 Cr

Lehrform



Die Studierenden lernen die Krümmungsgrößen geometrischer Objekte (Kurven und Flächen) und deren tieferliegende Eigenschaften (Theorema egregium) kennen. Im Satz von Gauß-Bonnet gewinnen die Studierenden Einblick in das Zusammenwirken verschiedener mathematischer Disziplinen (wie Analysis-Geometrie-Topologie). Das Modul kann als Grundlage dienen für anschließende Seminare aus der Differentialgeometrie, der partiellen Differentialgleichungen und der algebraischen Geometrie.

Inhalte

• Lokale Kurventheorie im Rn oder R3 • Hauptsatz der Kurventheorie • Lokale Flächentheorie im R3

• Hauptsatz der Flächentheorie • Theorema Egregium

• Geodätische Linien optional: • Satz von Gauß-Bonnet

• Exponentialabbildung • Satz von Hopf-Rinow

• Jacobi-Felder • Anfänge der Riemannschen Geometrie Optional können die aufgelisteten Konzepte auch von Anfang an im Kontext der Riemannschen Geometrie diskutiert werden.


102

Prüfungsleistung

Vorleistung: Lösen von Übungsaufgaben. Die ECTS-Punkte werden auf Grund einer mündlichen oder schriftlichen Prüfung innerhalb von drei der Veranstaltung folgenden Monaten vergeben. Innerhalb von sechs Monaten nach der Prüfung besteht Möglichkeit zur Nachprüfung. Die Prüfungsleistung wird benotet. Die Lehrenden werden die Modalitäten der Prüfung zu Beginn der Veranstaltungen festlegen.

Literatur

• do Carmo: Diff. Geom. of curves and Surfaces. Prentice Hall 1976

• W. Kühnel: Differentialgeometrie. Vieweg 1999

• W. Klingenberg: Eine Vorlesung über Differentialgeometrie. Springer 1973

• do Carmo: Riemannian Geometry. Springer 1992




103

Modulname Modulcode



Funktionalanalysis 1 PHYSIK-BX-E2-FA


Prof. Dr. Petra Wittbold Mathematik WP





6 90 h 180 h 270 h 9 Cr

Lehrform



• Erlernen und Anwenden der funktionalanalytischen Grundbegriffe

• Die aufgeführten Lehrinhalte sollen beherrscht und in den begleitenden Übungen selbständig vertieft werden.

• Das Modul kann als Vorbereitung dienen für anschließende Seminare aus der Funktionalanalysis oder für weiterführende Vorlesungen aus den Gebieten der Differentialgleichungen, der Numerik, der Optimierung und der Stochastik.

Inhalte

• Topologische Vektorräume, insbesondere Banachräume; lineare Operatoren und Funktionale • Grundprinzipien der Funktionalanalysis und Anwendungen: Satz von Baire, Satz von Banach-

Steinhaus, Satz von der offenen Abbildung, Satz vom abgeschlossenen Graphen

• Die Sätze von Hahn-Banach, Trennung konvexer Mengen • Dualitätstheorie, insbes. schwache Konvergenz und Reflexivität

• Differenzierbarkeit von Funktionen mit Werten in Banachräumen • Kompakte Operatoren und deren Spektrum, Fredholmsche Alternative • Hilberträume: Satz von Riesz-Fréchet, Satz vonLax-Milgram

Die Übungen zur Funktionalanalysis finden in Kleingruppen statt. Der Stoff der Vorlesung wird in wöchentlichen schriftlichen Aufgaben vertieft.

Prüfungsleistung

Benotete mündliche oder schriftliche Prüfung am Semesterende. Der Vorlesende gibt die Prüfungsmodalitäten am Anfang des Semesters bekannt.


104

Literatur

• D. Werner, Funktionalanalysis, Springer




105

Modulname Modulcode

Allgemeinbildende Grundlagen: Wirtschaftswissenschaften

PHYSIK-BX-E2


E. Amann Wirtschaftswissenschaften


Physik Ba



1 - 6 30 Wochen WP 6 - 11


Keine



I Einführung in die Wirtschaftswissenschaften 1

WP 6 270 h 9



Die Studierenden erwerben überblicksmäßige Kenntnisse im Bereich der Wirtschaftswissenschaften


.


Siehe Lehrveranstaltung


Geht nicht ein


106

Modulname Modulcode

Allgemeinbildende Grundlagen: Wirtschaftswissenschaften PHYSIK-BX-E2


Einführung in die Wirtschaftswissenschaften 1 PHYSIK-BX-E2-Wiwi


Dozenten des FB Wirtschaftswissenschaften Wirtschaftwis-senschaften

WP



1 - 6 WS Deutsch


6 90 h 180 h 270 h 9 Cr

Lehrform

Vorlesung (2+2) und Übung (2)


.

Inhalte

Einführung in die Volkswirtschaftslehre (2 V + 2 Ü), Grundlagen der Betriebswirtschaftslehre.

Prüfungsleistung

Die Veranstaltung wird vorlesungsbegleitend geprüft, wobei einzelne Teile des Moduls getrennt bewertet werden und jede Teilprüfung bestanden werden muss.

Literatur

•

•



107

Modulname Modulcode

Allgemeinbildende Grundlagen: Elektronik PHYSIK-BX-E2


Studiendekan der Elektrotechnik Ingenieurwissenschaften


Physik Ba



1 - 6 30 Wochen WP 6 - 11


Keine



I Elektronische Bauelemente WP 3 110 h 4

II Grundlagen elektronischer Schaltungen WP 3 110 h 4

Summe (Pflicht und Wahlpflicht) 6 220h 8


Die Studierenden erwerben überblicksmäßige Kenntnisse im Bereich Elektronik.


.


Laut Prüfungsordnung aus den Einzelprüfungen.


Geht nicht ein


108

Modulname Modulcode



Elektronische Bauelemente PHYSIK-BX-E2-ElB


Tegude Elektrotechnik und Informationstechnik

WP



5 WS Deutsch


5 45 h 65 h 110 h 4 Cr

Lehrform

Vorlesung (2SWS) + Übung


Die Studierenden sind fähig, die grundlegenden Konzepte elektronischer Bauelemente zu verstehen und die Abhängigkeiten von technologischen Größen abschätzen zu können.

Inhalte

Ausgehend von der MOS-Grundstruktur werden zunächst MOS-Kondensatoren, Ladungsgekoppelte Bauelemente (CCD) sowie MOS-Feldeffekttransistoren behandelt. Ebenso werden die Grundlagen von MESFET, JFET und Heterostruktur-FET (HFET), hergestellt auf III/V-Halbleiterschichten, erarbeitet, sowie die DC-Kennlinien dieser Bauelemente hergeleitet. Bipolare Bauelemente, pn-Dioden, npn- bzw. pnp-Transistoren, und spezielle Bauteile wie Tunnel- und Zenerdioden werden behandelt. Aus dem Großsignalverhalten werden die verschiedenen Kleinsignalersatzschaltbilder der unipolaren- sowie bipolaren Bauelemente hergeleitet.

Prüfungsleistung

Schriftliche Klausur, 120 Minuten. Die Sprache der Prüfung ist gleich der Sprache der Veranstaltung.

Literatur

• F.J.Tegude, Festkörperelektronik, Skript zur Vorlesung, Universität Duisburg - Essen,

2004

• K.-H. Rumpf, K.Pulvers, Elektronische Halbleiterbauelemente – Vom Transistor zur VLSI-

Schaltung, Dr. Alfred Hüthig Verlag Heidelberg, ISBN 3-7785-1345-1, 1987


109

• K.Bystron, J.Borgmeyer, Grundlagen der Technischen Elektronik, Carl Hanser Verlag,

München Wien, Studienbücher, ISBN 3-446-15869-3, 1990

• R.S. Muller, T.I.Kamins, Device Electronics for Integrated Circuits, John Wiley & Sons,

1986, ISBN 0-471-88758-7

• H.Tholl, Bauelemente der Halbleiterelektronik, B.G.Teubner, Stuttgart, 1978, II, Teil 2,

ISBN 3-519-06419-7

• M.Shur, GaAs Devices and Circuits, Plenum Press, Microdevices: Physics and Fabrication

Technologies, New York 1987, ISBN 0-306-42192-5


http://www.hlt.uni-duisburg-essen.de/


110

Modulname Modulcode



Grundlagen elektronischer Schaltungen PHYSIK-BX-E2- GES


Kokozinski Elektrotechnik und Informationstechnik

WP



3-5 SS Deutsch


3 45 h 65 h 110 h 4 Cr

Lehrform

Vorlesung + Übung


Die Studierenden kennen die Grundlagen der elektronischen Schaltungen können sie anwenden.

Inhalte

I. Grundlagen der Schaltungstechnik: · Analysemethoden für elektronische Schaltungen: Netzwerktransformation, nützliche Theoreme · Arbeitspunkteinstellung und Kleinsignalbetrieb: Begriff des Arbeitspunktes, Linearisierung, Arbeitspunkt, Kleinsignalanalyse II. Verstärker und Rückkopplung: · elementare Grundschaltungen für Verstärker: Verstärkerstufen, Differenz- verstärker, Impedanzwandler, Stromquellen, Stromspiegel, Phasenaddierstufen, Ausgangsstufen · Rückkopplung und Stabilität: Mitkopplung und Gegenkopplung, Ringverstärkung und Betriebsverstärkung, Bodediagramm, Nyquist-Kriterium, Phasen- und Amplitudenrand · Operationsverstärker: Idealer Operationsverstärker, realer Operationsverstärker, praktische Beispiele, Kenndaten · Frequenzgangkompensation: Dominante Pole, Lead-Lag-Kompensation, Pol- Nullstellen-Kompensation


111

· lineare Signalverarbeitung mit Operationsverstärkern: invertierender und nicht- invertierender Verstärker, Addierer, Subtrahierer, Integrator, Differenzierer, Strom- und Spannungsquellen · nichtlineare Schaltungen mit Operationsverstärkern: Komparatoren, Schmitt- Trigger, Gleichrichter, Begrenzer, Logarithmierer, Multiplizierer · Oszillatoren und Kippschaltungen: Multivibratoren, Sinusgeneratoren, Funktions- generatoren III. Grundlagen der digitalen Schaltungstechnik: · kombinatorische Logik, Gatter und Logikfamilien: Inverter und Grundgatter, TTL, ECL, CMOS-Logik · Flip-Flops und Speicher: RS-Flip-Flop, MS-Flip-Flop, Aufbau von Speichern · synchrone Schaltwerke und Automaten: systematischer Entwurf sequentieller synchroner Schaltungen · Systementwurf und Timing: Einführende Bemerkungen zum hierarchischen Entwurf, Partitionierung und Taktversorgung

Prüfungsleistung

Klausurarbeit mit einer Dauer von 60 Minuten.

Literatur

• U. Tietze und Ch. Schenk: Halbleiter-Schaltungstechnik, Berlin, Springer-Verlag, 12.

Auflage, 2002

• B. Morgenstern: Elektronik I: Bauelemente, Elektronik II: Schaltungen,

Elektronik III: Digitale Schaltungen und Systeme, Braunschweig, Vieweg-Verlag, 1997

• J. Bermeyer: Grundlagen der Digitaltechnik, Carl-Hauser-Verlag, 2001.

• P.E. Allen und D.R. Holberg: CMOS Analog circuit design, Oxford University Press, 2.

Auflage, 2002.


http://www.uni-duisburg.de/FB9/MES/


112

Modulname Modulcode

Allgemeinbildende Grundlagen: Nanocharakterisierung

PHYSIK-BX-E2


Studiendekan der Elektrotechnik Ingenieurwissenschaften


Physik Ba



1 - 6 30 Wochen WP 6 - 11


Keine



I Nanocharakterisierung 1 WP 3 120 h 4

II Nanocharakterisierung 2 WP 3 120 h 4



Die Studierenden sind sensibilisiert für die Anforderungen, die aktuell in Forschung und Entwicklung an nanoanalytische Messverfahren gestellt werden. Sie beherrschen die wesentlichen Wechselwirkungen der eingesetzten Sonden (Elektronen, Photonen, Messspitzen) mit Nanostrukturen und Bauelementen. Sie können entscheiden, welche Analysemethode passend für die jeweilige Fragestellung und Spezifikation an die Messung geeignet ist.


.


Laut Prüfungsordnung aus den Einzelprüfungen.


Geht nicht ein


113

Modulname Modulcode

Allgemeinbildende Grundlagen: Nanocharakterisierung PHYSIK-BX-E2


Nanocharakterisierung 1 PHYSIK-BX-E2-NChar1


Bacher, Kümmell Elektrotechnik und Informationstechnik

WP



1 - 6 WS Deutsch


3 45 h 75 h 120 h 4 Cr

Lehrform

Vorlesung + Übung


Die Studierenden kennen die wesentlichen Wechselwirkungen der eingesetzten Sonden (Elektronen, Messspitzen) mit den Nanostrukturen/Bauelementen und können daraus den Einsatz der vorgestellten nanoanalytischen Messverfahren ableiten. Sie sind sensibilisiert für die Anforderungen, die aktuell in Forschung und Entwicklung an diese nanoanalytischen Messverfahren gestellt werden. Sie können aus der Art der Analyse (z.B. Topographie, Kristallstruktur, chemische Zusammensetzung) und der Spezifikation an die Messung (z.B. Ortsauflösung, geforderte Empfindlichkeit, untersuchtes Materialspektrum) entscheiden, welches Verfahren optimal geeignet ist.

Inhalte

Die Entwicklung von Nanostrukturen mit neuartigen funktionellen Eigenschaften verlangt Analysemethoden mit Ortsauflösung bis in den nm-Bereich. Im ersten Teil der Vorlesung werden Verfahren vorgestellt, die auf der Wechselwirkung von Elektronensonden mit den zu untersuchenden Nanostrukturen und Bauelementen basiert. Der zweite Teil behandelt als Beispiele für mechanische Sonden die Raster-Tunnel- und die Raster-Kraft-Mikroskopie. Die Vorlesung ist folgendermaßen gegliedert: • Elektronenmikroskope: Aufbau und Funktion, Wechselwirkungsprodukte • Analyse von Topographie, Struktur und Zusammensetzung über Rasterelektronenmikroskopie (Sekundärelektronen, Rückgestreute Elektronen), Rastertransmissionselektronenmikroskopie (Hellfeld, Dunkelfeld, Z-Kontrast)


114

• Chemische Analyse von Oberflächen und Nanostrukturen im Elektronenmikroskop (Auger-Spektroskopie, EELS, Elektronenstrahlmikroanalyse) • Charakterisierung von Kristallgittern und Oberflächen (RHEED, LEED, CBED) • Analyse optischer Eigenschaften mit Kathodolumineszenz • Rasterkraft- und Rastertunnelmikroskope: Aufbau, Funktion, Messtechniken • Rastersondentechnik in der Analyse nanostrukturierter Bauelemente zur Bestimmung von Strömen, Spannungen, Kennlinien, elektronischen Eigenschaften Dabei werden insbesondere auch die Leistungsfähigkeit, die physikalischen Grenzen und die Anwendungen der einzelnen Methoden auf aktuelle F&E-Fragestellungen diskutiert.

Prüfungsleistung


Literatur

• M. Grasserbauer (ed.): Analysis of microelectronic materials and devices, J. Wiley & Sons,

1994

• L. Reimer, G. Pfefferkorn: Elektronenmikroskopie, Springer Verlag Berlin, 1999

• S. Maganov, M.-H. Whangbo, Surface Analysis with STM and AFM, VCH

Verlagsgesellschaften, 1996

• M. Ohtsu, H. Hori, Near-field nano-optics, Kluwer Academic/Plenum Publishers, 1999

• Skript zur Vorlesung


http://www.uni-due.de/wet/


115

Modulname Modulcode

Allgemeinbildende Grundlagen: Nanocharakterisierung PHYSIK-BX-E2


Nanocharakterisierung 2 PHYSIK-BX-E2-NChar2


Bacher, Kümmell Elektrotechnik und Informationstechnik

WP



1 - 6 Deutsch


3 45 h 75 h 120 h 4 Cr

Lehrform

Vorlesung + Übung


Den Studierenden sind die grundlegenden Wechselwirkungen von Photonen mit Materie sowie wesentliche optische Eigenschaften von Halbleitern/Nanostrukturen vertraut. Sie können entscheiden, welche Verfahren zur Analyse spezifischer struktureller und optischer Eigenschaften der Nanostrukturen geeignet sind. Sie kennen die Anforderungen, die aktuell in Forschung und Entwicklung an diese nanoanalytischen Messverfahren gestellt werden.

Inhalte

Die Entwicklung von Nanostrukturen mit neuartigen funktionellen Eigenschaften verlangt

Analysemethoden mit Ortsauflösung bis in den nm-Bereich. Die Vorlesung knüpft an die

Vorlesung „Nanoanalytik I“ an und behandelt Charakterisierungsverfahren, die auf der

Wechselwirkung von Photonen mit der Materie beruhen.

• Strukturelle Analyse von Nanostrukturen (Röntgenbeugung)

• Topographieanalyse mit Scanning Optical Microscopy

• Chemische Analyse von Nanostrukturen und Oberflächen (XPS, RFA)

• Optische Eigenschaften von Nanostrukturen/Halbleitern und ihre Analyse mit optischer

(Laser-)Spektroskopie/SNOM

• Optische Analyse von Nanostrukturen/Quantenobjekten mit zeitlich/räumlich

hochaufgelösten spektroskopischen Verfahren

Dabei werden insbesondere auch die Leistungsfähigkeit, die physikalischen Grenzen und die

Anwendungen der einzelnen Methoden auf aktuelle F&E-Fragestellungen diskutiert.


116

Prüfungsleistung


Literatur

• M. Grasserbauer (ed.): Analysis of microelectronic materials and devices, J. Wiley & Sons,

1994

• Bauer/Richter (eds.): Optical Characterization of Epitaxial Semiconductor Layers, Springer

Verlag Berlin, 1996

• W. Demtröder: Laserspektroskopie, Springer Verlag Berlin, 2004

• Skript zur Vorlesung


http://www.uni-due.de/wet/


117

Modulname Modulcode

Studium Liberale - E3 PHYSIK-BX-E3


Dozenten Universität Duisburg-Essen IOS


Physik Ba



1 - 4 WP 9


Keine Ba Ba



I Lehrveranstaltungen aus dem Lehrangebot der Universität Duisburg-Essen

WP variiert variiert 6 - 11

Summe (Pflicht und Wahlpflicht) 6 - 11


Erweiterung der Allgemeinbildung

Die Studierenden erweitern ihre Sichtweise und schärfen ihr intellektuelles Profil.



Wird zu Beginn des jeweiligen Kurses bekannt gegeben.


Geht nicht ein.


118

Bachelor-Arbeit


119

Modulname Modulcode

Bachelor-Arbeit PHYSIK-B6-BT




Physik Ba



6 12 Wochen P 12


Mindestens 140 Credits im Bachelor Studiengang Physik (§ 21 Abs. 2 PO)



I Bachelor-Arbeit P - 360 12

Summe (Pflicht und Wahlpflicht) - 360 12


Die Studierenden sind dazu befähigt, eine geeignete wissenschaftliche Aufgabenstellung unter zeitlichen Vorgaben zu lösen und ihre Ergebnisse in schriftlicher Form zu präsentieren. Sie können das im Studium erworbene Wissen eigenverantwortlich ergänzen und vertiefen. Dabei können sie auch neue Tendenzen auf ihrem Fachgebiet erkennen und deren Methodik - ggfs. nach weiterer Qualifikation - in ihre weitere Arbeit einbeziehen..


Projektmanagement, Zeitmanagement, Teamfähigkeit, Kommunikationsfähigkeit, Regeln guter wissenschaftlicher Praxis


Bachelor-Arbeit, vom Betreuer und einem zweiten Prüfer bewertet.


Die Note der Bachelor-Arbeit geht mit dem Gewicht 12 Cr in die Gesamtnote ein.


120

Modulname Modulcode








6 SS und WS Deutsch oder Englisch


360 h 12 Cr

Lehrform

Die Bachelor-Arbeit ist eine Prüfung, bei der der/dem Studierenden persönlich von ihrem/seinem Betreuer eine Fragestellung zugewiesenen wird. Innerhalb von 12 Wochen ist dieses Problem mit wissenschaftlichen Methoden selbständig zu lösen und schriftlich darzustellen.


Die Studierendensind in der Lage, eine begrenzte physikalische Problemstellung mit wissenschaftlichen Methoden (unter Beachtung der Regeln guter wissenschaftlicher Praxis) zu bearbeiten. Sie sind fähig, ein Projekt zu planen und unter Zeitvorgaben durchzuführen und dessen Ergebnisse in schriflicher Form zusammen zu fassen. Sie können die wesentlichen Ergebnisse in geeigneter Form präsentieren und in einer wissenschaftlichen Diskussion verteidigen.

Inhalte

Das Thema der Arbeit wird individuell vergeben.

Prüfungsleistung

Bachelor-Arbeit, vom Betreuer und einem zweiten Prüfer bewertet.

Literatur

Wird individuell zugeteilt.



121

Legende Modulcode Studiengang-AbschlusstypSemester-Modulabkürz. Veranstaltungscode Studiengang-AbschlusstypSemester-Modulabkürz.-Veranstaltungsabkürz. Modulniveau (Ba/Ma) Ba Bachelor Ma Master Modultyp Belegungstyp P Pflicht WP Wahlpflicht W Wahl Angebotshäufigkeit WS Wintersemester SS Sommersemester SWS Semesterwochenstunden Aufwand h Stunden Cr Credits (ECTS1)-Credits (§ 11 PO2))) Lehrform V Vorlesung Üb Übung Pr Praktikum Pj Projekt Se Seminar K Kolloquium Ex Exkursion Präsensstudium

Bei der Berechnung der Präsenzzeit wird eine SWS mit 45 Minuten als eine Zeitstunde mit 60 Minuten gewertet. Dies stellt sicher, dass ein Raumwechsel und evt. Fragen an Lehrende Berücksichtigung finden.

1) European Credit Transfer and Accumulation System 2) Prüfungsordnung Bachelor-Studiengang Physik


122

Studienplan: Module und Veranstaltungen

Modulname Cr

Sem

este

r

Lehrveranstaltungen (LV) Cr P / WP

Lehr-form

SWS Prüfung

Experimentalphysik 1 9 1

Grundlagen der Physik 1 6

x V 4

Klausur Übung x Üb 2

Physikalisches Anfängerpraktikum 1

3 x Pr 4

Mathematik für Physiker 1 9 1 Mathematik für Physiker 1

9 x V 4


Theoretische Physik 1 8 1

Newton'sche Mechanik

8

x V 2


Mathematische Methoden der Physik 1

x V 2

Übung Üb 2



x V 4



3 x Pr 4


9 x V 4



Fortgeschrittene Mechanik

9

x V 2

Klausur

Übung x Üb 2

Computerübung x Pr 1

Mathematische Methoden der Physik 2

x V 2

Übung Üb 2



x V 4



3 x Pr 4


9 x V 4



Elektrodynamik

10

x V 4





x V 4

mündliche Prüfung

Übung x Üb 2


3 x Pr 4


9 x V 4 mündliche

Prüfung Übung x Üb 2


Quantenmechanik

10

x V 4 Klausur oder mdl. Prüfung

Übung x Üb 2



Einführung in die Festkörperphysik 6

x V 4

mündliche Prüfung

Übung x Üb 3

Kern- und Elementarteilchenphysik 3

x V 2

Übung x Üb 1


123

Theoretische Physik 5 9 5 Statistische Physik

9 x V 4 mündliche

Prüfung Übung x Üb 2

Praktikum für Fortgeschrittene

12 5-6

Seminar zum Fortgeschrittenenpraktikum

3 x Se 2 keine

Fortgeschrittenenpraktikum 9 x Pr 8

Physikalische Vertiefung 6

5 Moderne Messmethoden der Physik

4 1/2

V+Üb 3+2

mündliche Prüfung

Computersimulation 4 V+Üb 2+3

6

Grundlagen der Optik 2

1/6

V 2

Grundlagen der Oberflächenphysik

2 V 2

Grundlagen des Magnetismus

2 V 2

Grundlagen der Halbleiterphysik

2 V 2

Grundlagen der Plasmaphysik

2 V 2

Grundlagen der Astrophysik

2 V 2

Schlüssel-qualifikationen - E1

6-11

1-6

Programmierkurs 2 x Pr 2

keine Veranstaltung IOS (z.B. Sprachkurs)

3 V/Se/Pj 2

Projektplanung und Präsentation

4 x Se 2

Allgemeinbildende Grundlagen: Chemie

6-11

1-6

Einführung in die Chemie (Allgemeine Chemie)

5

1/X

V+Üb+Pr 6

keine

Praktikum Allgemeine Chemie

3 Pr 5

Allgemeinbildende Grundlagen: Informatik

6-11

1-6

Grundlegende Programmiertechniken

4 V+Üb 3

Fortgeschrittene Programmiertechniken

4 V+Üb 3

Rechnernetze- und Kommunikations-systeme

4 V+Üb 3

Sicherheit in Kommunikationsnetzen

4 V+Üb 3

Software-Technik 8 V+Pr 6

Datenstrukturen und Algorithmen

8 V+Üb 6

Allgemeinbildende Grundlagen: Mathematik

6-11

1-6

Analysis 3 9 V+Üb 6

Numerik 1 9 V+Üb 6

Optimierung 1 9 V+Üb 6

Kryptographie 1 9 V+Üb 6

Funktionentheorie 1 9 V+Üb 6

Gewöhnliche Differentialgleichungen 1

9 V+Üb 6

Differentialgeometrie 1 9 V+Üb 6

Funktionalana 1 9 V+Üb 6


124

Allgemeinbildende Grundlagen: Wirtschaftswissenschaften

6-11

1-6

Einführung in die Wirtschaftswissenschaften I

9 V+Üb 6

Allgemeinbildende Grundlagen: Elektronik

6-11

1-6

Elektronische Bauelemente

4 V+Üb 3

Grundlagen elektronischer Schaltungen

4 V+Üb 3

Allgemeinbildende Grundlagen: Nanocharakterisierung

6-11

1-6

Nanocharakterisierung 1 3 V+Üb

Nanocharakterisierung 2 3 V+Üb

Praktikum der Nanocharakterisierung

2 Pr

Studium Liberale - E3 6-11

1-6

Veranstaltung IOS 3 2/X V/Se/Pj 4 keine

Bachelor-Arbeit 12 6 Bachelor-Arbeit

Summe Credits 180

Cr Credits

P Pflichtkurse: x

WP Wahlpflichtkurse: Summe der zu wählenden Credits

V Vorlesung

Üb Übung

Pr Praktikum

Pj Projekt

Se Seminar

K Kolloquium

Ex Exkursion

SWS Semesterwochenstunden

modulhandbuch ba physik - uni-due.de · e1 2 57 42 58 23 180 für studierende, die den mit dem...

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